Th.--Génie électrique--Grenoble--I.N.P., 1985.

Th. doct.-ing.--Génie électrique--Nancy--I.N.P.L., 1981.

Zugl.: Dresden, Techn. University, Diss., 2008.

Th. doct. -ing.--Électrotech.--Grenoble--I.N.P., 1982. N°: DI 259.

L’objectif de cette thèse est de développer des stratégies de commande non linéaire et robuste afin d’assurer une connexion avec succès des systèmes hydroliens dans un réseau électrique de forte puissance. Il s’agira en plus, d’étudier en simulation et en pratique le comportement dynamique de ses systèmes hydroliens commandés suite à des perturbations sévères. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la modélisation de tous les éléments de la chaine de production d’énergie hydrolienne, en partant de la marée jusqu’à la génératrice synchrone. Dans un second temps, nous avons proposé trois lois de commande non linéaire ; une pour un système hydrolien mono machine et les deux autres pour deux types de réseau électrique multi-machine. La stabilité de ces lois de commandes est prouvée en utilisant la méthode de Lyapunov et les propriétés spécifiques à la structure variable. La particularité de ces lois de commandes est qu’elles régulent simultanément la tension terminale et la fréquence en agissant uniquement sur l’excitation de la génératrice synchrone. Finalement, nous avons étudié en simulation le comportement dynamique des systèmes hydroliens commandés et les résultats obtenus sous perturbations électrique et mécanique ont montré l’efficacité de la commande proposée par rapport aux commandes CNL et AVR-PSS. Dans un souci de valider pratiquement ces résultats de simulation, la commande non linéaire proposée pour le système hydrolien mono machine est implantée sur un banc d’essai. Les résultats satisfaisants obtenus sous perturbations soutenues sont ensuite comparés à ceux obtenus pratiquement avec les commandes, CNL et AVR-PSS. / This thesis develops nonlinear and robust control strategies in order to ensure a successful connection of marine turbine systems into grid. In addition, it is a question to examine in simulation and practice the dynamic behavior of controlled marine turbine systems under severe perturbations. Firstly, we have modeled all production chain elements of marine turbine system. Secondly, we have proposed three nonlinear control strategies ; one for marine turbine system single machine connected to infinite bus and the both others for two multimachine electrical networks. The developed strategies control stability is proven mathematically by using Lyapunov method and one specific property of variable structure. These strategies control particularity is the two outputs regulation (terminal voltage and frequency) trough a single input (synchronous machine excitation). Finally, simulation results under mechanical and electrical perturbations are presented in order to highlight the robustness qualities of the proposed controllers compared to nonlinear controller CNL and classical AVR-PSS. In view of industrial applications, the proposed control for marine turbine single machine system is implemented on experimental bench. The obtained practical results under hard perturbations are very satisfactory. These results are used to realize a comparative study between the proposed control, the CNL and the AVR-PSS.

La plupart des systèmes critiques sont dits «temps-réel durs» puisqu'ils requièrent des garanties temporelle fortes. Ces systèmes sont de plus en plus complexes et les processeurs mono-coeurs traditionnels ne sont plus assez puissants. Les multi-coeurs et les pluri-coeurs sont des alternatives plus puissantes, cependant ils contiennent des ressources partagées. Les accès concurrents à ces ressources provoquent des interférences qui doivent être prises en compte puisqu'elles rendent les délais d'accès non prédictibles. Pour les pluri-coeur, le réseau sur puce (NoC) doit être configuré pour éviter les interblocages et garantir des pires temps de traversée précis. Le MPPA2 de Kalray est un pluri-coeur avec de bonnes propriétés temporelles.Les langages Synchrones flot de données tels que Lustre ou Scade sont largement utilisés dans l'industrie aéronautique. Les programmes sont des réseaux de noeuds de calcul communicants. Nous présentons une méthode pour extraire le parallélisme des programmes Synchrones. Nous générons du code pour déployer les tâches parallèles sur la puce et pour implémenter les communications en mémoire partagée ou à travers le NoC. Notre solution permet la traçabilité du code. Elle est basée sur un modèle d'exécution dirigé par le temps où chaque tâche a une date de début. L'ordonnancement est statique et minimise les interférences grâce à l'utilisation de bancs mémoire. Une borne de pire temps d'exécution (WCET) est calculée. Elle inclut les interférences mémoire et les pires temps de traversée NoC. Nous générons la configuration du processeur qui permet une allocation équitable des bandes passantes sur le NoC, la garantie de temps de traversées bornés et la synchronisation des horloges. Enfin, nous appliquons notre outils sur des exemples de programmes aéronautiques et un exemple synthétique utilisant 64 coeurs. / Most critical systems are subject to hard real-time requirements. These systems are more and more complex and the computational power of the predictable single-core processors is no longer sufficient. Multi- or many-core architectures are good alternatives but interferences on shared resources must be taken into account to avoid unpredictable timing effects. For many-core, the Network-on-Chip (NoC) must be configured such that deadlocks are avoided and a tight Worst Case Traversal Time (WCTT) of the communications can be computed. The Kalray MPPA2 is a many-core architecture with good timing properties.Dataflow Synchronous languages such as Lustre or Scade are widely used for avionics critical software. In these languages, programs are described by networks of computational nodes. We introduce a method to extract parallel tasks from synchronous programs. Then, we generate parallel code to deploy tasks on the chip and implement NoC and shared-memory communications. The generated code enables traceability. It is based on a time-triggered execution model which relies on a static schedule and minimizes the memory interferences thanks to usage of memory banks. The code enables the computation of a worst case execution time bound accounting for the memory interferences and the WCTT of NoC transmissions. We generate a configuration of the platform to enable a fair bandwidth attribution on the NoC, bounded transmissions through the NoC and clock synchronization. Finally, we apply this toolchain on avionic case studies and synthetic benchmarks running on 64 cores.

Ce travail propose une méthodologie de synthèse de loi de commande robuste pour les systèmes dynamiques plats. La génération de trajectoires de référence est simple à mettre en oeuvre pour un système plat car il est équivalent à un système linéaire par difféomorphisme et bouclage. Cependant cette démarche n'est valable que pour un modèle, et en l'absence de perturbations. Pour une famille de modèles, et en présence de perturbations exogènes, le suivi de trajectoire défini à partir du modèle nominal est garanti par un régulateur linéaire synthétisé par optimisation de critères. L'utilisation d'un schéma à deux degrés de liberté générique permet de poser clairement le problème de synthèse en séparant les objectifs de poursuite nominale et les objectifs de régulation et de poursuite robustes. Cette démarche est ensuite appliquée à la synthèse d'une loi de commande robuste d'une machine synchrone.

Un des enjeux importants de ces dernières années est l'optimisation des structures. Ce travail de thèse propose une méthodologie de pré-dimensionnement pour les convertisseurs statiques. Celle-ci se veut être la plus générale possible et s'appuie sur la mise au point de modèles analytiques simples sur lesquels le compromis précision-rapidité a été imposé. Une analyse des différentes méthodes de modélisation a donc été effectuée pour les différents phénomènes physiques en présence (Compatibilité électromagnétique CEM, ondulation, dynamique, thermique, volume..) ainsi qu'une validation sur une application hacheur synchrone dédiée à l'automobile. Plusieurs stratégies d'optimisation ont été évaluées, et leur influence sur les modèles utilisés a été analysée. Cette démarche permet non seulement de trouver une solution technologique viable mais permet aussi de faire un retour sur cahier des charges.

Les travaux réalisés dans la thèse ont permis de développer une méthodologie permettant de réduire les ondulations de couple générées par un défaut statorique dans une machine synchrone avec aimants montés en surface. Deux types défaut ont été traités : le déséquilibre du bobinage statorique, illustré dans l’étude par un manque de spire, et un court- circuit entre spires. Les composantes harmoniques de couple générées par ces types de défaut ont été identifiées et nous avons déterminé la composante inverse de courant à injecter dans l’alimentation pour réduire la composante harmonique de couple principale, qui est à deux fois la fréquence d’alimentation. Deux approches ont été utilisées pour déterminer cette composante inverse de courant : une approche basée sur l’induction d’entrefer issue du calcul analytique prenant en compte l’effet magnétique des courants dans chaque encoche et une approche basée sur les vecteurs espaces flux et courant. Cette deuxième approche permet de mettre en œuvre le principe de correction avec une simulation matlab-simulink, qui donne des résultats probants, que la machine fonctionne en boucle ouverte commandée en fréquence, ou en autopilotée, insérée dans une boucle de régulation de vitesse. Nous avons également mis en œuvre les dispositifs expérimentaux permettant de valider l’étude théorique. Le banc utilisé comprend une machine synchrone à aimants et sa charge. La Machine synchrone est alimentée par un onduleur et commandée par un système dSPACE permettant de contrôler la composante inverse de courant et d’assurer l’autopilotage. Un accéléromètre correctement placé permet de mesurer les vibrations tangentielles, générées par les fluctuations de couple. Pour les deux types de défaut, la réduction de l’harmonique de vibrations tangentielles à deux fois la fréquence d’alimentation a été mise en évidence suite à l’injection d’une composante inverse de courant. Une bonne concordance apparait entre la théorie et l’expérimentation pour ce qui est de l’amplitude de la composante inverse. / The work carried out in this thesis consists in developing a methodology to reduce the torque ripples generated by a stator fault in a surface permanent magnet synchronous machine. Two faults have been treated: the unbalance of the stator winding, illustrated in the study by a lack of turns, and a stator inter-turns short-circuit. The harmonic torque components generated by the both faults have been identified and the inverse current component to be injected in the supply currents has been determined to reduce the main torque component, which is at twice the supply frequency. Two approaches have been used to determine this inverse current component: an approach based on the air gap flux density resulting from an analytical calculation taking into account the magnetic effect of the currents in each slot, and an approach based on the flux and current space phasor. This second approach makes it possible to implement the correction principle in matlab-simulink simulations. These simulations give convincing results whether the machine operates in a frequency-controlled open loop or in a vector control mode inserted in a speed control loop. Experimental tests have been realized to validate the theoretical study. The used test bench includes a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) coupled to a DC machine. The PMSM is powered by an inverter controlled by a dSPACE system able to tune the inverse current component and ensure the vector control. A properly positioned accelerometer is used to measure the tangential vibrations generated by torque fluctuations. For both faults, the reduction of the harmonic of tangential vibrations at twice the supply frequency was demonstrated by injection of an inverse current component. A good agreement between theory and experimentation in terms of the amplitude of the inverse component was obtained.

Sowohl das Architekturmuster der Microservices als auch das „Internet of Things“ (IoT) folgen den Prinzipien verteilter Systeme. Eine Anwendung von Microservices im IoT ist daher naheliegend, allerdings stellt sich hierbei die Frage,welche Integrationsform dafürambesten geeignet ist. Aus diesem Grund besteht das Ziel dieser Arbeit darin, verschiedene Kommunikationskonzepte von Microservices auf ihre Eignung für den Bereich des IoTs zu überprüfen. In der Arbeit werden dafür verschiedene Kommunikationskonzepte vorgestellt und anhand von diversen Kriterien miteinander auf qualitative Weise verglichen. Die Kriterien setzen sich aus allgemeinen Herausforderungen im Umgang mit verteilten Systemen sowie aus kennzeichnenden Eigenschaften für IoT-Systeme, wie bspw. Skalierbarkeit, Erweiterbarkeit und Ressourcennutzung zusammen. Ergänzend dazu fließen weitere Aspekte der Softwareentwicklung in den Vergleich ein. Anhand der Vergleichsergebnisse wird schließlich eine Bewertung durchgeführt, welche als Grundlage für die Entwicklung von Microservices im Bereich IoT dienen kann. Zum Ende wird das Resultat durch die Konzeption einer eigenen Anwendung erprobt. Der Vergleich und die anschließende Bewertung zeigen, dass sich asynchrone Microservices aufgrund ihrer Eigenschaften am besten für den Einsatz im IoT eignen. Dabei wurde insbesondere auf die die Kommunikationsvariante des Messagings mittels des Protokolls MQTT eingegangen. Aufbauend auf den Ergebnissen dieser Arbeit könnten Forschungen im Bereich moderner IoT-Plattformen angestellt werden. Weiterhin würde sich die Erweiterung bestehender Microservice-Anwendungen durch zusätzliche Services für Datensammlung und intelligente Auswertung dieser als Forschungsthema anbieten.:1 Einleitung und Intention 1.1 MakroSolutions GmbH 1.2 Stand der Wissenschaft und Technik 1.3 Ziel der Arbeit 1.4 Aufbau der Arbeit 2 Definitionen und theoretische Grundlagen 2.1 Verteilte Systeme 2.1.1 Services 2.2 Internet of Things 2.2.1 Industrial Internet of Things 2.3 Microservices 2.3.1 Definition und Eigenschaften 2.3.2 Vorteile im Umgang mit Microservices 2.3.3 Herausforderungen im Umgang mit Microservices 2.3.4 Anwendungsgebiete 2.3.5 Abgrenzung zu monolithischer Architektur 2.3.6 Abgrenzung zu Service-Orientierter Architektur (SOA) 3 Kommunikation der Microservices 3.1 Mikro- und Makroarchitektur 3.2 Integrationsformen 3.3 Gemeinsame Datenbanknutzung und Datenreplikation 3.4 Synchrone Microservices 3.5 Asynchrone Microservices 4 Vergleich und Bewertung 4.1 Wahl der Vergleichskriterien 4.1.1 Fallacies of distributed computing 4.1.2 CAP-Theorem 4.1.3 Internet of Things 4.1.4 Weitere qualitative Kriterien 4.2 Vergleich der Kommunikationskonzepte 4.2.1 Fehlertoleranz und Resilienz 4.2.2 Performance und Ressourcennutzung 4.2.3 Datenkonsistenz und Verfügbarkeit 4.2.4 Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit 4.2.5 Kopplung 4.2.6 Komplexität 4.2.7 Tests 4.2.8 Sicherheit 4.3 Bewertung in Bezug auf das Internet der Dinge (IoT) 5 Konzeption der Software 5.1 Ausgangspunkt 5.2 Anforderungen 5.3 Vorüberlegungen 5.4 Konzeption 6 Auswertung und Ausblick 6.1 Zusammenfassung und Interpretation der Ergebnisse 6.2 Beschränkungen und Ausblick für weitere Forschung