The subject of this diploma thesis is designing a way of substituting pneumatic drives with electrical actuators for mechanical movements in a headlights tester. The thesis also contains a theoretical introduction to the issue in the first part. Substitution variants are assessed considering chosen parameters and evaluated using multi-criteria evaluation method. Two final designs are compiled based on the evaluation results and processed into the 3D model of the tester. Drawings are produced for these solutions. In conclusion, a recommendation derived from achieved results is given to the tester manufacturer, ELCOM a.s.

Le diagnostic et le pronostic de pannes des systèmes d'entraînement électriques est un enjeu majeur pour assurer la fiabilité et la sûreté de fonctionnement des outils de production notamment dans les secteurs sensibles (militaire, l'aéronautique, l'aérospatiale et nucléaire, etc.). Le travail de recherche présenté dans cette thèse vise à introduire de nouvelles méthodes de diagnostic et de pronostic des défauts d'une machine asynchrone ainsi que des roulements à rouleaux. Ces méthodes, orientées données, utilisent les données de mesure recueillies à partir de capteurs placés sur un système (machine asynchrone, roulement à rouleaux) afin de construire un vecteur de paramètres indicateur de défaut. Les méthodes de classification développées (supervisée, non supervisée) permettent de classer les observations, décrites par le vecteur de paramètres, par rapport aux différents modes de fonctionnement, connus ou inconnus du système, avec ou sans défauts. Des défauts ont été créés au rotor et aux roulements de la machine asynchrone, alimentée par le biais d'un onduleur de tension. La classification non supervisée, basée sur l'algorithme des fourmis artificielles, permet d'analyser les observations inconnues et inexplorées afin de mettre en évidence les classes regroupant les observations similaires. Cela permet d'améliorer la classification et de détecter l'apparition de nouveaux modes de fonctionnement. La classification supervisée, basée sur les modèles de Markov cachés, permet d'associer un degré d'appartenance (sous forme d'une probabilité) lors de l'affectation d'une observation à une ou plusieurs classes. Cela permet de définir un indice de fiabilité à l'affectation réalisée mais aussi de détecter l'apparition de nouveaux modes de fonctionnement. Ces méthodes ne se limitent pas qu'à diagnostiquer les défauts, elles peuvent aussi contribuer au pronostic des défauts. En effet, le pronostic peut être défini comme une extension du problème de diagnostic. La prédiction d'un défaut est réalisée par trois méthodes basées sur les modèles de Markov cachés pour la détection de l'imminence d'un défaut ainsi que par deux méthodes basées sur le système neuro-flou (ANFIS pour Adaptive Neuro Fuzzy Inference System et le neurone neuro-flou) pour estimer le temps restant avant son apparition. Des données de vieillissement d'un ensemble de roulements à rouleaux ont été utilisées afin de tester les méthodes proposées. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de ces méthodes pour le diagnostic et le pronostic des défauts dans les entraînements électriques / Faults diagnosis and prognosis of electrical drives play a key role in the reliability and safety of production tools especially in key sectors (military, aviation, aerospace and nuclear, etc.). The research presented in this thesis aims to introduce new methods for faults diagnosis and prognosis of an induction motors and roller bearings. These methods use measured data collected from sensors placed on the system (induction motor, roller) in order to construct a feature vector which indicates the state of the system. Supervised and unsupervised classification methods are developed to classify measurements (observations) described by the feature vector compared to known or unknown operating modes, with or without failures. Defects were created in the rotor and the bearing of the induction motor, fed by a voltage inverter. The unsupervised classification technique, based on artificial ant-clustering, allows analyzing the unknown and unexplored observations to highlight classes with similar observations. This allows improving the classification and the detection of new operating modes. The supervised classification, based on hidden Markov models, allows associating a degree of similarity when we affect an observation to one or more classes. This defines a reliability index which allows the detection of new operating modes. These methods are not limited to diagnose faults; they can also contribute to the prognosis of faults. Indeed, the prognosis can be defined as an extension of the problem of diagnosis. The prognosis of faults is carried out by three methods based on hidden Markov models for the detection of an impending failure and by two methods based on the neuro-fuzzy system (ANFIS for Adaptive Neuro fuzzy Inference System and the neo-fuzzy neuron) to estimate the remaining time before its appearance. A set of historical data collected on roller bearings is used to validate the proposed methods. The obtained results show the effectiveness of the proposed methods for faults diagnosis and prognosis of electrical drives

Ce mémoire de thèse s'inscrit dans le cadre du programme « avion plus électrique », il comprend deux parties.La première est consacrée à la présentation détaillée du contexte, c'est-à-dire du processus qui conduit à électrifier la plupart des systèmes présents dans l'avion, un exemple d'actionneur électromécanique spécifique, conçu dans ce cadre sera aussi détaillé notamment pour ce qui concerne son mode d'alimentation. La seconde partie, plus longue, est consacrée à différents processus de fiabilisation de structures d'électroniques de puissance. Du fait de l'électrification croissante de l'avion, ces structures vont se multiplier à bord, mais la fiabilité connue de ces dispositifs n'est pas apte à satisfaire aux exigences de l'aéronautique. Les processus de fiabilisation, dans leur majorité, sont orientés, en cas de panne, vers un isolement de la source du défaut, pour permettre un fonctionnement en mode dégradé, supporté par le système. Par ailleurs, un dispositif de sécurisation de bras d'onduleur est décrit : un sectionneur commandé à thyristors et fusible (SCTF2). Ce système permet d'isoler électriquement le bras d'onduleur victime d'un défaut au sein d'un onduleur triphasé. L'emplacement de prédilection du SCTF2 est la connexion bras d'onduleur et bus continu d'alimentation. Les simulations de ce système de fiabilisation sont menées sur PSIM. Ce mémoire propose des modélisations approchées, pour l'outil de CAO adopté, des composants IGBT et fusibles, lorsque ces derniers sont soumis à un régime de courant extrême (court-circuit). / This manuscript of thesis was written in two parts for the "More Electric Aircraft" program. The first part presents in great detail the context of the thesis that is (i.e) the processes which allow electrifying the most of classic aircraft-systems. In this part, an example of special electromechanical actuator build in the More Electric aircraft program will be presented with meticulous care, in particular its command and supply systems. The second part, more extensive, is devoted to various solutions which improve the reliability of the power-electric systems. With the growth of the electrification of the aircrafts, several solutions of this kind will be multiplicated on board, but today most of these solutions haven't the reliability intended to the aeronautical applications. For the most part, the reliability processes consist in isolating the origins of a breakdown, in order that the system can continue to work in a debased mode. In addition, a system which protects inverter's legs is described; it's a controlled circuit breaker which uses thyristors and fuses (SCTF2). This system of reliability allows electrical isolating of faulty inverter's leg in a three phase inverter. The preferential position of a SCTF2 is the connexion between inverter's leg and the DC bus. Simulations of the SCTF2 are done on PSIM software. For PSIM, this manuscript poposes some approximative modelisations of the components like IGBT and fuse when they are subjected to a dangerous high-current (short-circuit).