Th. doct.--Informatique et réseaux--Paris--ENST, 1995. / Bibliogr. p. 144-151. Résumé en français.

Th. doct.-ing.--Électrotech.--Grenoble--I.N.P., 1981. N°: DI 225.

La conception asynchrone vise à répondre aux problèmes de plus en plus complexes rencontrés par les concepteurs de circuits synchrones. Les circuits asynchrones, contrairement aux circuits synchrones, ne sont pas commandés par une horloge globale. Même de taille moyenne, ils peuvent montrer un comportement complexe, dû à l'explosion combinatoire dans la chronologie des événements qui peuvent se produire. Il est ainsi essentiel d'appliquer des méthodes rigoureuses de conception et de validation.Ce travail de thèse traite de l'analyse et de la validation automatique des<br />spécifications de circuits asynchrones écrites dans langue CHP, avant leur synthèse avec le flot de conception asynchrone TAST, développé par le groupe CIS de TIMA. Deux approches sont proposées. La première consiste à adapter la vérification symbolique de modèles, initialement dédiée aux circuits synchrones, pour la vérification des circuits asynchrones. Les spécifications de circuits sont alors traduites dans un modèle en VHDL peuso-synchrone et ensuite vérifiées par des outils industriels de vérification symbolique de modèles. Dans la deuxième approche, la sémantique de CHP, initialement donnée en termes de réseaux de Pétri, est reformulée en termes de Systèmes de Transitions Etiquetées Etendus (STEE). Les spécifications de circuits sont alors validées par des méthodes énumératives de vérification de modèles.Pour augmenter les performances de l¹approche énumérative et faire face au problème d'explosion d'états, nous avons développé et implémenté un certain nombre de techniques automatiques de réduction et d¹abstraction.

Univ., Diplomarbeit, 2001--Frankfurt (Main)

La réduction continuelle des dimensions dans les technologies CMOS a ouvert la porte à la conception de circuits complexes multi-cœurs (SoC). Malheureusement dans les technologies nanométriques, les performances des systèmes intégrés après fabrication ne sont pas complètement prédictibles. En effet, les variations des procédés de fabrication sont très importantes aux échelles des puces. Par conséquent, la conception de tels systèmes dans les technologies nanométriques est désormais contrainte par de nombreux paramètres tels que la robustesse aux variations des procédés de fabrication et la consommation d'énergie. Ceci implique de disposer d'algorithmes efficaces, intégrés dans la puce, susceptibles d'adapter le comportement du système aux variations des charges des processeurs tout en faisant face simultanément aux variations des paramètres qui ne peuvent pas être prédits ou modélisées avec précision au moment de la conception. Dans ce contexte, ce travail de thèse porte sur la conception de systèmes dit " GALS " (Globally Asynchronous Locally Synchronous) conçus autour d'un réseau de communication intégré à la puce (Network-on-Chip ou NoC) exploitant les nouvelles générations de technologie CMOS. Une nouvelle méthode permettant de contrôler dynamiquement la vitesse des différents îlots du NoC grâce à un contrôle de la tension et de la fréquence en fonction de la qualité locale des procédés de fabrication sur chaque îlot est proposée. Cette technique de contrôle permet d'améliorer les performances du système en consommation, et d'augmenter son rendement en fabrication grâce à l'utilisation des synergies au sein du système intégré. La méthode de contrôle est basée sur l'utilisation d'un anneau asynchrone programmable capable de prendre en compte la charge de travail dynamique et les effets de la variabilité des procédés de fabrication. Le contrôleur évalue en particulier la limite supérieure de fréquence de fonctionnement pour chaque domaine d'horloge. Ainsi, il n'est plus nécessaire de garantir les performances temporelles de chaque nœud au moment de la conception. Cela relâche considérablement les contraintes de fabrication et permet du même coup l'amélioration du rendement.

L'accroissement des performances énergétiques de systèmes industriels motorisés mettant en œuvre des machines électriques à courants alternatifs fait actuellement l'objet d'enjeux majeurs. Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans ce contexte et concernent la conception d'un outil (cellule) de diagnostic énergétique. Le verrou majeur à lever consiste à estimer le couple électromagnétique des machines AC, sans décapoter leurs boîtes à bornes ni mesurer leurs vitesses de rotation. La thèse a permis de développer des techniques non invasives, basées sur la mesure du courant de ligne et/ou du flux de dispersion dans l'environnement proche de la machine. Des analyses fines de la distribution du flux de dispersion autour de la carcasse ont été réalisées car le flux est atténué et déphasé sous l'influence des courants de Foucault. L'analyse a également permis de distinguer la contribution des conducteurs actifs de celle des têtes de bobines dans la génération du flux externe. Une image du flux d'entrefer a donc pu être mise en évidence, ainsi que la manière de la mesurer, conduisant à la définition de protocoles de détermination du couple. Ces derniers sont complétés par une méthode reposant sur la mesure ou l'estimation à partir du flux de dispersion du courant de phase. Les méthodes dégagées ont été appliquées à des machines asynchrones dont les puissances s'échelonnent de 3 à 200 kW. La conception de la cellule s'est étendue à son architecture et, notamment, à la transmission sans fil des informations collectées. La gestion de l'autonomie a été un critère prépondérant durant toute l'étude, conduisant d'une part à l'élaboration d'algorithmes légers donc peu énergivores pour la cellule et, d'autre part, à l'introduction du flux de dispersion comme source d'énergie alternative. / The energetic performance increase of industrial processes using AC electrical rotating machines is nowadays of great concern. The developments presented in this thesis are situated in this context and are about the design of an energy monitoring tool (cell). The main scientific barrier to lift is the estimation of the electromagnetic torque of AC machines without dismounting their terminal box or measuring their shaft speed. Non invasive methods have been developed; they are based on the measurement of the phase current and/or the external flux in the immediate vicinity of the machine. Analyses of the external flux distribution around the external housing were made : the magnetic flux is attenuated and phase shifted because of the eddy current effect. Then, the analysis has made it possible to distinguish the contribution of the wires placed in the slots from the effect of the end-windings in the external flux emission. The work explains how to determine an image of the external flux, as well as the way to measure it. That leads to the definition of protocols for determining the electromagnetic torque, which, for some of them use current measurements or its estimation from the external flux. The proposed methods have been applied to induction machines with rated powers between 3 to 200 kW. The cell structure is described, in particular the wireless transmission of the measured information. The autonomy of the cell is a factor taken into account troughout the study, leading to the development of little-intensive computing algorithms. It is also shown that the external flux can be used as an additional energy source.

Cette thèse étudie le problème d'excentration rotorique et le défaut d'alimentation dans une Machine Asynchrone Double-Etoile. En outre, elle analyse la commande de deux machines asynchrones connectées en série ainsi que la détection de défaut d'onduleur dans ce cadre de connexion. Elle propose également une reconfiguration de commande permettant de tolérer le default détecté. Le travail débute par des méthodes de modélisation d'une machine asynchrone polyphasée excentrée. La première méthode prend en considération les harmoniques de bobinage mais néglige les effets d'encoches. La deuxième se limite au premier harmonique de bobinage mais tient compte des harmoniques d'encoches. A partir de ces deux modèles, nous avons pu caractériser analytiquement les signatures d'excentration. En simulation, les deux modèles donnent les mêmes spectres à basse fréquence. Toutefois, le deuxième modèle offre des raies supplémentaires à haute fréquence. Ces raies résultent de la combinaison de l'excentration et des harmoniques d'encoches. Nous entamons ensuite la détection de défauts d'alimentation ou d'excentration lorsque la machine double-étoile est alimentée par un onduleur. Pour éliminer le défaut de court-circuit ou le défaut d'ouverture de circuit, nous proposons à la fois une modification de la structure du convertisseur et une adaptation de l'algorithme de commande. Les résultats de simulation sont prometteurs. Les courants retrouvent le régime équilibré et la même amplitude que celle d'avant le défaut. La vitesse se stabilise à nouveau après une courte perturbation assez forte. En ce qui concerne le problème d'excentration, les prédictions analytiques se justifient même en cas d'alimentation par onduleur. Dans le cas d’une alimentation par commande vectorielle, les variables de commande peuvent également servir d'outils de diagnostic d'excentration. Enfin, nous abordons la commande découplée d'une machine hexaphasée et d’une machine triphasée connectées en série. Le découplage de la commande de deux moteurs est tout d’abord examiné analytiquement. Des tests de simulation sont ensuite effectués pour confirmer l’efficacité du découplage. Nous avons montré par simulation qu'il est aussi possible d'éliminer les perturbations dues à un défaut d'un interrupteur de puissance grâce à une structure du convertisseur et à une adaptation de l'algorithme de commande. La plupart des prédictions par simulation on été justifiées expérimentalement. / This thesis investigates various fault and detection issues in a Dual-Stator Winding Induction Machine Drive including rotor eccentricity problems and inverter switch faults. In addition, the control of six-phase series-connected two-motor drives and the related fault detection and fault tolerant strategy issues are studied as well. The work starts with new modeling methods for an eccentric multiphase induction machine. The first proposed method considers only the winding harmonics and neglects the slotting effects. Then, a second method is proposed, considering the first winding harmonic and the slotting ones. From both modeling techniques, eccentricity signatures are extracted. Simulation results show that both modeling techniques provide identical spectra at low frequency; however, the second technique gives additional high frequency sidebands. These sidebands are the results of the interaction between the eccentricity and the slot harmonics. Eccentricity and inverter faults in a Dual-Stator Winding Induction Machine Drive are subsequently investigated. The inverter topology and the control algorithm are reconfigured to deal with short-circuit and open circuit faults on the inverter side so that the stator currents become balanced again and reach their pre-fault magnitude. Simulation results show promising results. The speed is stabilized after a short disturbance due to the fault. Besides, analytical method has been successfully used to predict eccentricity fault, although the machine was inverter fed. Control variables have been effectively used as diagnosis tools for eccentricity fault in a vector controlled machine. Additionally, decoupled control of six-phase and three-phase machines connected in series has been investigated. Firstly, decoupling control using analytical method is predicted. Several simulations are then carried out to confirm the decoupling effectiveness. For this special drive, elimination of the disturbances due to a switch fault is also possible thanks to an appropriate converter topology and adaptation of the control algorithm. Most of simulation predictions are confirmed by experimental results.

Cette thèse porte sur l'étude d'architectures de communication sans horloge pour la conception de réseaux de communication asynchrones appliqués aux systèmes globalement asynchrones et localement synchrones. Elle s'intègre également dans le cadre du développement de l'outil de conception automatique de circuits asynchrones TAST (TIMA Asynchronous Synthesis Tool).<br />L'importance des besoins de communication au sein des systèmes intégrés modernes fait du réseau d'interconnexion un acteur majeur de la complexité et des performances de ces systèmes. Parmi les nombreuses méthodologies existantes adressant le problème de synchronisation au sein des systèmes sur silicium, nous montrons l'intérêt de choisir un réseau d'interconnexion sans horloge pour la communication des systèmes globalement asynchrones et localement synchrones. <br />Nous développons dans ce manuscrit une méthodologie de conception d'un réseau d'interconnexion qui utilise les propriétés d'excellente modularité des circuits sans horloge. Nous découpons la construction de nos réseaux sur silicium asynchrones en quatre modules majeurs : arbitrage, transport, routage et synchronisation. L'objectif de ce découpage simple est de permettre à terme la synthèse automatique d'arbitres et de réseaux de communication sans horloge dans l'outil de conception TAST. Les modules du réseau sont spécifiés en CHP, un langage de modélisation de haut niveau adapté à la description et à la synthèse de circuits asynchrones. A travers ces modélisations, nous mettons en relief l'importance des problèmes d'arbitrage et de synchronisation entre les blocs du système. Nous présentons un système de communication qui illustre cette méthodologie de construction de réseau par assemblage de modules et son degré d'automatisation actuel.

La machine asynchrone présente un intérêt majeur par rapport aux autres types de machines(courant continu, synchrone, ...), sa robustesse, son faible coût de fabrication etd'entretien en sont les principales raisons. Cependant ces avantages ont longtemps été inhibés par la complexité de la commande de celle-ci.De nos jours de nombreux industrielles proposent des variateurs de vitesse pour la machine asynchrone offrant à la fois la souplesse de contrôle, et la qualité de la conversion électromagnétique,naturellement obtenues jusqu'alors avec la machine à courant continu et de la machine synchrone.Depuis quelques années les industrielles font face à une nouvelle problématique, qui est la suppression du capteur mécanique dans le processus de régulation de vitesse de la machine asynchrone. Les travaux de cette thèse, effectués dansle cadre d'un support CIFRE entre l'entreprise GS Maintenance et le laboratoire ECS-Lab EA 3649, ont été orientésvers la réalisation d'un système de contrôle commande d'un variateur industrieldédié aux machines asynchrones sans capteur mécanique. De ce point de vue, l'objectifpremier du travail de thèse, est la conception des techniques de détermination des grandeursmécaniques (vitesse) de la machine asynchrone en utilisant comme seules mesuresles grandeurs électriques. Ces techniques, utilisées pour remplacer l'informationdonnée par les capteurs mécaniques, sont parfois appelées capteurs logiciels.Une attention particulière est donnée au fonctionnement de la machine asynchrone sanscapteur mécanique à basse vitesse. Dans un second temps l'objectif étant d'illustrer lesintérêts technologiques d'un observateur basé sur la technique des modes glissants dansle but d'intégrer celui-ci dans le système contrôle commande d'un variateur industriel. / Induction machine includes main interests compared with others electricals machines like brushed DC Motor,or synchronus electric Motor.Its robustness, its low cost manufacture, and maintenance are major reason of its success.However, for long time this advantages inhibited because of induction machine control complexity.Nowadays,many industrial propose speed drives for induction machine giving both control flexibility, and electromagnetic qualited conversion, naturally obtained with DC motor, and synchronus electric Motor.For several years now, many manufacturers face to a new problematic, wich is sensorless induction machine control.This thesis work, carried out in concert with the firm GS Maintenance and ECS-Lab EA 3649 laboratory under CIFRE financement.This work focused on conception plant dedicated to sensorless industrial speed drive control for induction machine.From this point of view, at first glance this work proposes technical strategies to identify mechanical induction machine variables, by using only electrical measurements.This strategies used to stand in for informations from a mechanical sensor, are the so called software sensor.Specific attention has been paid to induction machine sensorless working at very low speed. Secondly, we propose to illustrate the interest of a second order Sliding Mode Observer with final aim to be integrated into an industrial speed drive

La réduction continuelle des dimensions dans les technologies CMOS a ouvert la porte à la conception de circuits complexes multi-cœurs (SoC). Malheureusement dans les technologies nanométriques, les performances des systèmes intégrés après fabrication ne sont pas complètement prédictibles. En effet, les variations des procédés de fabrication sont très importantes aux échelles des puces. Par conséquent, la conception de tels systèmes dans les technologies nanométriques est désormais contrainte par de nombreux paramètres tels que la robustesse aux variations des procédés de fabrication et la consommation d'énergie. Ceci implique de disposer d'algorithmes efficaces, intégrés dans la puce, susceptibles d'adapter le comportement du système aux variations des charges des processeurs tout en faisant face simultanément aux variations des paramètres qui ne peuvent pas être prédits ou modélisées avec précision au moment de la conception. Dans ce contexte, ce travail de thèse porte sur la conception de systèmes dit « GALS » (Globally Asynchronous Locally Synchronous) conçus autour d’un réseau de communication intégré à la puce (Network-on-Chip ou NoC) exploitant les nouvelles générations de technologie CMOS. Une nouvelle méthode permettant de contrôler dynamiquement la vitesse des différents îlots du NoC grâce à un contrôle de la tension et de la fréquence en fonction de la qualité locale des procédés de fabrication sur chaque îlot est proposée. Cette technique de contrôle permet d’améliorer les performances du système en consommation, et d’augmenter son rendement en fabrication grâce à l’utilisation des synergies au sein du système intégré. La méthode de contrôle est basée sur l’utilisation d'un anneau asynchrone programmable capable de prendre en compte la charge de travail dynamique et les effets de la variabilité des procédés de fabrication. Le contrôleur évalue en particulier la limite supérieure de fréquence de fonctionnement pour chaque domaine d'horloge. Ainsi, il n'est plus nécessaire de garantir les performances temporelles de chaque nœud au moment de la conception. Cela relâche considérablement les contraintes de fabrication et permet du même coup l'amélioration du rendement. / Continuous scaling of CMOS technology push circuit designs towards multi-core complex SoCs. Moreover, with the nanometric technologies, the integrated system performances after fabrication will not be fully predictable. Indeed, the process variations really become huge at the chip scale. Therefore the design of such complex SoCs in the nanoscale technologies is now constrained by many parameters such as the energy consumption and the robustness to process variability. This implies the need of efficient algorithms and built-in circuitry able to adapt the system behavior to the workload variations and, at the same time, to cope with the parameter variations which cannot be predicted or accurately modeled at design time. In this context, this thesis work addresses the design of GALS-based NoC architectures in the upcoming CMOS technologies. A novel methodology to dynamically control the speed of different voltage-frequency NoC islands according to the process variability impact on each domain is proposed. This control technique can improve the performances, the energy consumption, and the yield of future SoC architectures in a synergistic manner. The control methodology is based on the design of an asynchronous programmable self-timed ring where the controller takes into account the dynamic workload and the process variability effects. The controller especially considers the operating frequency limit which does not exceed the maximum locally allowed value for a given clock domain. With such an approach, it is no more required to separately guaranty the performance for each node. This drastically relaxes the fabrication constraints and helps the yield enhancement.