Dans le contexte de l'énaction et dans une approche globale de la perception, nous nous sommes intéressés à étudier calcul neuronal permettant de comprendre les relations entre les structures dans le cerveau et leurs fonctions. Nous avons d'abord examiné les problèmes calculatoires liés à la discrétisation des équations différentielles qui régissent les systèmes étudiés et aux schémas d'évaluation synchrones et asynchrones. Nous nous sommes, ensuite, intéressés à un niveau fonctionnel élémentaire: la transformation de représentations sensorielles spatiales en actes moteurs temporels dans le cadre du système visuo-moteur. Nous avons proposé un modèle minimaliste d'encodage automatique des cibles visuelles de saccades qui se concentre sur le le flux visuel de la rétine vers le colliculus supérieur. Ce modèle, basé sur sur des règles locales simples au sein d'une population homogène, permet de reproduire et d'expliquer plusieurs résultats d'expériences biologiques ce qui en fait un modèle de base efficace et robuste. Enfin, nous avons abordé un niveau fonctionnel plus global en proposant un modèle de la boucle motrice des ganglions de la base permettant d'intégrer des flux sensoriels, moteurs et motivationnels en vue d'une décision globale reposant sur des évaluations locales. Ce modèle met en exergue un processus adaptatif de sélection de l'action et d'encodage de contexte via des mécanismes originaux lui permettant en particulier de constituer la brique de base pour les autres boucles cortico-basales. Les deux modèles présentent des dynamiques intéressantes à étudier que ce soit d'un point de vue biologique ou d'un point de vue informatique computationnel / Within the context of enaction and a global approach to perception, we focused on the characteristics of neural computation necessary to understand the relationship between structures in the brain and their functions. We first considered computational problems related to the discretization of differential equations that govern the studied systems and the synchronous and asynchronous evaluation schemes. Then, we investigated a basic functional level : the transformation of spatial sensory representations into temporal motor actions within the visual-motor system. We focused on the visual flow from the retina to the superior colliculus to propose a minimalist model of automatic encoding of saccades to visual targets. This model, based on simple local rules (CNFT and logarithmic projection) in a homogeneous population and using a sequential processing, reproduces and explains several results of biological experiments. It is then considered as a robust and efficient basic model. Finally, we investigated a more general functional level by proposing a computational model of the basal ganglia motor loop. This model integrates sensory, motor and motivational flows to perform a global decision based on local assessments. We implemented an adaptive process for action selection and context encoding through an innovative mechanism that allows to form the basic circuit for other cortico-basal loops. This mechanism allows to create internal representations according to the enactive approach that opposes the computer metaphor of the brain. Both models have interesting dynamics to study from whether a biological point of view or a computational numerical one

Dans un contexte de réduction des tailles de transistors dans les technologies CMOS très avancées entraînant la réduction des tensions d’alimentation et par conséquent des dynamiques disponibles pour la représentation des signaux analogiques, ce travail de thèse vise à proposer une alternative à la représentation des données dans le domaine de l’amplitude. La solution qui a été retenue est une représentation de la donnée dans le domaine temporel.Dans ce manuscrit nous étudions à la fois la conversion d’une donnée analogique dans le domaine temporel via, notamment, un convertisseur analogique numérique basé sur un oscillateur contrôlé en tension mais aussi les possibilités de calculs sur des signaux supports d’une information déjàcodée dans le domaine temporel.Nous proposons à l’issu de ce travail à la fois une méthode pour numériser une information temporel afin de pouvoir effectuer des calculs complexes avec, une méthode « d’extraction du résidu » pour améliorer les performances d’un VCO-based ADC en termes de résolution par rapport à la bande passante et une architecture de « convertisseur hybride » permettant d’adapter sonfonctionnement entre un mode dégradé asynchrone et peu consommant et un mode performant synchrone et plus gourmand en énergie tout en mettant en avant le potentiel de ces solutions au travers de simulations dont les modèles se basent sur la technologie CMOS FDSOI en 28 nm. / Advanced CMOS nodes trend to reduce the size of transistors hence reducing the power supply voltages and consequently available dynamics for the representation of analog signals. This work aims at proposing a data representation alternative which is usually done by an amplitude value. The chosen solution is to use a time-domain representation.In this thesis, we study both the use of a VCO-based ADC to convert an analog data into a time-domain one and a calculating method using data already encoded into the time domain.The three pillars of this thesis are a method to digitize a time-domain data so as to do more complex calculations, a method with a « residue extraction » allowing us to improve VCO-based ADCs performance in terms of resolution for a given bandwidth and an innovative architecture of a hybrid ADC which can adjust its operation switching between an asynchronous low-performance mode (which is a low power mode) and a synchronous high-performance mode (which is more energy consuming). The potential of these methods is pointed out by means of simulations that mimic the behavior of the 28 nm FDSOI CMOS technology.

Il s'agit de concevoir une machine à induction à cage bobinée sur dents. Ce bobinage est très intéressant car il permet d'obtenir des têtes de bobines très courtes induisant un gain de place important. Cependant, il produit beaucoup d'harmoniques d'espace dans l'entrefer, donnant naissance à des harmoniques de courants parcourant la cage de la machine. Ces derniers créent des couples parasites s'opposant fortement au couple principal du au fondamental du courant rotorique. Nous rappelons brièvement le fonctionnement d'une machine asynchrone et plus spécifiquement le bobinage des machines alternatives. Nous décrivons ensuite les différentes structures possibles de bobinages sur dents. Par la suite, nous cherchons à réduire les harmoniques d'espace de force magnétomotrice créés dans l'entrefer. Nous mettons également en place un premier critère permettant de dimensionner les paramètres géométriques d'un stator ainsi qu'un second critère pour définir un meilleur moteur du point de vue de la puissance utile disponible.

Ce travail permet, d'une part, de mieux appréhender l'étude du bruit magnétique des machines asynchrones et, d'autre part, de présenter une méthode permettant de le réduire en injectant un faible courant harmonique.<br />Le premier chapitre expose le phénomène, fait une synthèse des relations mécaniques et acoustiques existantes et les confronte avec des expériences pratiques.<br />Une méthode de calcul des harmoniques d'induction présents dans l'entrefer est développée dans le deuxième chapitre, ils sont responsables des forces de Maxwell à l'origine du bruit. Les relations obtenues sont valables pour un moteur à rotor bobiné ou à cage et permettent la détermination des harmoniques de courant rotorique et statorique. Elles sont comparées à celles données par d'autres auteurs qui négligent certains termes.<br />Les applications numériques présentées dans le troisième chapitre soulignent l'importance d'un phénomène qualifié de résonance de denture, responsable de courants rotoriques harmoniques importants et de bruit magnétique. Elles montrent également la validité de la théorie en comparant les résultats aux relevés pratiques.<br />Le dernier chapitre expose le principe de réduction active du bruit magnétique. Il consiste à injecter un faible courant harmonique créant une force qui s'oppose à celle à l'origine du bruit. Plusieurs montages sont proposés, permettant l'injection d'un courant supplémentaire dans une machine alimentée par le réseau. L'étude expérimentale permet de valider le procédé.

Ce document présente la majeure partie de mes activités de recherche depuis ma nomination à l'Université Louis Pasteur de Strasbourg en septembre 2000. Ces travaux concernent l'identification et la commande ; ils ont été conduits sur différents systèmes applicatifs : la machine asynchrone, les systèmes d'enroulement de bande et la robotique. Ils sont principalement de nature méthodologique ; c'est-à-dire qu'à partir de problématiques appliquées particulières, j'ai tâché de tirer les enseignements qui s'imposaient afin de proposer des solutions standards et génériques à un certain nombre de problèmes. <br /><br />Ce mémoire est organisé autour des trois systèmes applicatifs traités. A chacun d'entre eux est consacré une partie distincte. Puisqu'une grande partie des problématiques scientifiques traitées est transversale et abordée pour plusieurs systèmes, j'ai choisi de les introduire dans la première partie de ce rapport.

Cette thèse présente une contribution à la conception de circuits asynchrones Quasi Insensibles aux Délais (QDI) faible consommation. Une brève étude des méthodes d'estimation de l'énergie dans les circuits CMOS est présentée. Dans le deuxième chapitre, la méthodologie proposée sera présentée. Cette méthodologie utilise trois outils qui permettent la synthèse, l'optimisation et l'estimation d'énergie des circuits asynchrones QDI. La conception de ces circuits se fait à partir d'un langage de haut niveau (CHP). Le troisième chapitre expose une étude sur les choix d'architectures lors de la conception des circuits asynchrones QDI en utilisant la méthodologie proposée. Une comparaison avec les équivalents synchrones des architectures étudiées sera aussi montrée. Finalement, le quatrième chapitre présente une technique pour réduire la consommation d'un circuit en régulant la tension d'alimentation avec un asservissement à boucle fermée pour contrôler la tension d'alimentation.

Cette thèse porte sur la réduction du bruit audible d'origine magnétique émis par les machines asynchrones alimentées par modulation de largeur d'impulsion (MLI), et plus particulièrement par les moteurs de traction ferroviaire. <br /><br />Dans une première partie, une vue générale des travaux de modélisation vibro-acoustique des machines asynchrones et de leurs hypothèses est donnée. L'ensemble des règles de conception silencieuse existantes est présenté, et les effets des variables de conception du moteur et de l'onduleur sur le bruit sont rapportés, ainsi que les travaux portant sur la conception optimale des machines asynchrones.<br /><br />Ensuite, un modèle analytique complet du comportement vibro-acoustique et électrique du moteur est établi (DIVA). Des résultats de simulation sont présentés et validés par éléments finis, éléments frontières ou par test. La saturation, la MLI et la charge sont pris en compte dans le modèle. <br /><br />Enfin, une description analytique exhaustive des ondes principales de force magnétique est faite. Leurs caractéristiques (fréquence, sens de propagation, nombre de nœuds, amplitude) sont validées à l'aide de spectrogrammes et de déformées opérationnelles. A partir de cette analyse, de nouvelles règles de conception silencieuse sont établies.<br />Le modèle est ensuite couplé à un algorithme d'optimisation afin de concevoir un nouveau moteur à faible bruit magnétique respectant les caractéristiques de traction spécifiées, et deux prototypes de rotor sont conçus.<br /><br />Des essais sont réalisés sur un premier prototype, et un gain de 15 dB est observé en charge et en régime MLI. Le nouveau moteur atteint le couple spécifié sans accroître les pertes ni le courant de phase.

Contrairement aux circuits synchrones, les circuits asynchrones fonctionnent avec un mécanisme de synchronisation local (sans signal d'horloge). Ils ont montré depuis de nombreuses années leur pertinence vis-à-vis des circuits synchrones grâce à leurs propriétés de robustesse, de faible consommation, de faible bruit et de modularité. Cependant, le manque actuel de méthodes et d'outils de conception est un frein à leur développement. Ce travail de thèse porte sur la définition d'une méthodologie de conception de circuits intégrés asynchrones quasi-insensibles aux délais (QDI). Les circuits QDI font partie de la classe des circuits asynchrones les plus robustes, propriété avantageuse pour les technologies à venir. <br />La méthode de conception proposée permet d'une part la modélisation dans un langage de haut niveau, et d'autre part la génération de circuits en portes logiques élémentaires et en portes de Muller. Cette méthode a été prototypée par le développement d'un outil de conception automatique de circuits asynchrones TAST («TIMA Asynchronous Synthesis Tools»). C'est un environnement de conception principalement composé d'un compilateur et d'un synthétiseur offrant la possibilité de générer des circuits asynchrones QDI avec différents modèles de circuits cibles (séquentiel, WCHB, PCHB et PCFB) en partant de descriptions de haut niveau décrites en langage CHP. Le résultat produit par le synthétiseur est une description VHDL de niveau porte qui peut cibler soit une technologie spécifique pour l'asynchrone, soit une bibliothèque de cellules standard (circuits précaractérisés ou FPGAs).

Dans les machines parallèles les performances des programmes posent de manière cruciale le problème de l'efficacité des communications dans les réseaux d'interconnexion des processeurs d'une machine sans mémoire commune. Les communications point-à-point ne sont qu'un cas très particulier des schémas de communications complexes utilisés par les applications. Les communications globales, basées sur la construction correcte de protocoles à diffusion, sont une classe de ces schémas de communication. Ce problème comprend deux aspects : l'acheminement des messages pour la diffusion et la construction de protocoles de communication/synchronisation inter-processus. Nous considérons d'abord le problème de l'acheminement pour la diffusion, que nous construisons à partir d'une fonction de routage correcte pour des réseaux généraux de topologies quelconques. La famille d'algorithmes de diffusion obtenus s'adapte à la fois à la représentation de la fonction de routage, et à la topologie d'interconnexion entre processeurs. Un aspect de l'efficacité des algorithmes produits est l'espace mémoire nécessaire à une telle fonction de routage à diffusion. Nous développons des algorithmes qui requierent un espace mémoire constant et qui de plus, en utilisant une représention par intervalles de la fonction de routage, peuvent être intégrés dans un circuit routeur. Nous nous intéressons ensuite à la construction de divers types de protocoles à diffusion (synchrone et asynchrone) et proposons une machine virtuelle parallèle à diffusion (PDVM). Cette machine virtuelle s'inscrit dans l'architecture du micro-noyau pour systèmes parallèles ParX, développé par notre équipe, qui offre un support d'exécution générique pour de multiples machines virtuelles. PDVM se présente sous la forme de deux de protocoles nécessaires à l'élaboration de la plupart des schémas de communication par diffusion. L'interface d'accès à ces protocoles permet de gérer des groupes de processus à diffusion toujours cohérents. Dans sa conception cette machine virtuelle est un support minimal pour implémenter efficacement et correctement les diverses interfaces et bibliothèques de communications globales pour les standards de programmation parallèle qui émergent (PVM, MPI, etc.). L'ensemble des solutions proposées a été intégré dans le prototype de ParX; et leurs résultats d'évaluation de performances sont produits.

L'étude présentée propose des solutions pour la détection et localisation de défauts dans les entraînements électriques et en particulier pour ceux à base de machine asynchrone. Les défauts considérés peuvent affecter la machine, le convertisseur, la mécanique et les capteurs. Ces ensembles fonctionnent à vitesse variable et possèdent une structure de contrôle vectoriel à flux orienté ainsi qu'un contrôle de vitesse. A partir des résultats de caractérisation des défauts, issus des simulations ou des mesures, deux approches sont proposées. La première repose sur l'utilisation d'outils de traitement du signal. Des solutions sont proposées pour s'affranchir du contexte de la vitesse variable via l'enregistrement à écart de position constant (position mécanique ou du champ statorique). La deuxième approche repose sur l'utilisation de la redondance analytique pour effectuer la détection et localisation de défauts. Des observateurs d'état étendus (filtre de Kalman étendu, modèle de référence adaptatif) sont étudiés et testés expérimentalement. Afin de réaliser la localisation des défauts, des observateurs à entrées inconnues sont également proposés. A partir des outils développés, des approches pour constituer un outil de surveillance globale sont proposées. Certaines reposent sur des combinaisons logiques, d'autres sur les réseaux de neurones.