Les travaux menés au cours de cette thèse abordent les aspects de la conception optimale des machines électriques appliquées à la traction automobile.Cette thèse traite tout d’abord des contraintes imposées par le cahier des charges de l’application automobile électrique/hybride. Une méthode de classification ayant pour but de réduire le nombre d’évaluations des points de fonctionnement y est décrite. Ensuite, un prédimensionnement optimal de la machine est présenté. Le design de la machine est alors construit pour respecter la solution obtenue par le prédimensionnement.Dans la suite, une modélisation électromagnétique analytique précise et rapide de la machine est mise au point pour évaluer ses performances. Enfin, le modèle analytique précédemment conçu est couplé à une routine d’optimisation. Deux solutions optimales de machines synchrones à aimants permanents (MSAP) dédiées à l’application automobile seront finalement mises en exergue. / The work presented in this thesis aims at the modelling and optimisation of electrical machine for an automotive application.The first part shows the constraints required to electric/hybrid automotive specifications. A clustering method which allows to reduce evaluations number of the operating points is described. Next, an optimal pre-sizing of the machine is presented and designed in order to respect this optimal pre-sizing.In what follows an accurate and fast analytical electromagnetic modelling of the machine is performed. Well, the analytical modelling developed is related to a genetic algorithm. Two solutions of permanent magnet synchronous machines (PMSM) designed to automotive application are finally showed and analysed.

Cette thèse présente un nouveau modèle temporisé appelé timed-pNets pour la modélisation et la vérification des comportements des systèmes distribués hétérogènes. Un défi essentiel de ces systèmes est de spécifier correctement les contraintes de temps du système, dans la mesure où les nœuds dans les systèmes distribués n'ont pas l'horloge physique commune. Timed-pNets utilise un modèle de temps basé sur des horloges logiques, de manière à ce que les mesures de temps dans ce modèle ne reposent pas sur une horloge physique commune. Les timed-pNets ont une structure hiérarchique en arbre: les feuilles de cet arbre sont des Systèmes de Transition Étiquetés paramétrés temporisés (timed-LTSs), et les autres nœuds sont des dispositifs de synchronisation qui permettent de composer les comportements de leurs sous-réseaux. A chaque nœud d'un timed-pNet peut être associée une spécification temporisée, qui consiste en un ensemble d’horloges logiques et de relations sur ces horloges. Les spécifications temporisées sont utilisées pour spécifier les comportements du système, y compris les communications synchrones et asynchrones. Grâce à la spécification temporisée, les timed-pNets peuvent modéliser des systèmes de manière flexible. Les analyses des limites de temps, de la sûreté et de la latence sont discutées par l'étude des conflits de relations entre les horloges logiques du système. Nous utilisons un scénario d'insertion de voitures dans les systèmes de transport intelligents (ITS) comme un exemple pour illustrer l'utilisation de notre modèle timed-pNets. Finalement, l'outil TimeSquare est utilisé pour effectuer une simulation logique et vérifier la validité de notre modèle. / This thesis presents a novel timed model called timed-pNets for modeling and verifying the communication behaviours of heterogeneous distributed systems. Since the nodes in distributed systems have no common physical clock, it brings the challenges of correctly specifying the system time constraints. Timed-pNets build the time model on top of logical clocks such that the time of this model does not rely on a common physical clock. Timed-pNets are tree style hierarchical structures. Each node is associated with a timed specification which consists of a set of logical clocks and some relations on these clocks. The leaves are represented by timed Parametrized Label Transition Systems (timed-pLTSs). Non-leaf nodes (called timed-pNets nodes) are synchronisation devices that synchronize the behaviours of subnets (these subnets can be leaves or non-leaf nodes). Both timed-pLTSs and timed-pNets nodes can be translated to timed specifications. Timed specifications are designed to specify the system behaviours including synchronous and asynchronous communications. Thanks to the timed specification, timed-pNets are able to model systems in a flexible way. Time bound analysis, safety and latency properties are discussed by investigating the relations conflicts between system logical clocks. We take a simple case of car insertion from the area of Intelligent Transportation Systems (ITS) as an example to demonstrate the use of the timed-pNets model. In the end, the TimeSquare tool is used to perform a logical simulation and check the validity of our model.

Cette Thèse aborde le diagnostic des défauts mécaniques des machines électromécaniques par traitement des signaux électriques (courants et tensions) issus des telles machines et reçus sur un ensemble des capteurs, et essayer d'extraire et de séparer les différentes composantes, électriques ou mécaniques, qui existent. Nous procédons par une modélisation de la machine asynchrone et du défaut de roulement pour expliquer le phénomène physique mis en jeu lors de l'apparition de ce type des défauts. Les outils de traitement du signal dédiés à l'analyse cyclostationnaire peuvent apporter de nouvelles solutions. Nous associons ces outils à l'approche classique de soustraction de bruit qui consiste à retrouver dans un signal donné tout ce qui est dû à un autre signal (mécanique → électrique et électrique → mécanique). Pour valider les études faites sur les signaux électriques, nous traitons aussi les signaux vibratoires. Il est nécessaire de suivre l'influence du défaut tout au long de la chaîne cinématique et d'étudier les transferts des variables mécaniques vers les variables électriques au sein de la machine électrique. La modélisation montre que ce transfert passe à travers la vitesse instantanée, il est donc important de vérifier la présence d'information relative au défaut sur celle-ci. Les défauts de roulement sont ciblés et nous proposons quelques moyens permettant l'utilisation de la vitesse instantanée comme indicateur de défaillances.

Ce document retrace de manière synthétique mes travaux de recherche depuis septembre 1999, date à laquelle j'ai été recruté sur un poste de Maître de Conférences à l'université Joseph Fourier (Grenoble 1).<br />Ces travaux, menés au sein de l'équipe VASCO du laboratoire LIG, portent sur le test des logiciels et sont étroitement liés aux recherches effectuées de 1993 à 1997, période pendant laquelle j'ai été thésard, puis chercheur contractuel dans cette même équipe.<br />Le test logiciel est une discipline qui embrasse l'ensemble du cycle de développement.<br />En effet, dès l'analyse des besoins d'une application, apparaissent des exigences et des propriétés à tester dont la caractérisation et l'identification font partie des compétences des testeurs. Il en est de même pour la spécification du produit, la conception de son architecture technique ou la programmation. <br />Le test logiciel est également une discipline qui se veut étroitement liée et utile à la pratique professionnelle. La prise en compte des problématiques issues de cette dernière s'est faite, entre autres, au moyen de nombreuses collaborations industrielles qui ont ponctué mes travaux, en particulier dans le cadre de projets nationaux (RNRT, RNTL).

Ce travail porte sur la programmation et la verification des systemes reactifs. Il consiste dans une premiere partie en la definition d'un langage mixte imperatif/declaratif, nomme ArgoLus, fonde sur les langages synchrones Argos et Lustre. Argos est un langage imperatif a base d'automates paralleles et hierarchises. Lustre est un langage declaratif fonde sur le modele flots de donnees. Le langage ArgoLus permet de melanger au niveau source ces deux langages. La definition des traductions structurelles d'ArgoLus en Argos ou en Lustre offre deux solutions interessantes pour mettre en oeuvre ce langage, tout en profitant des environnements deja existants. Dans un deuxieme temps la semantique d'Argos en termes de graphes temporises a ete definie. Initialement, celle-ci est definie en termes de systemes de transitions etiquetees. L'inconvenient de ce modele est lie au phenomene d'explosion du nombre d'etats qui limite les possibilites de verification formelle. Une des causes de cette explosion est la presence dans les programmes de compteurs d'occurrences d'evenement. Les graphes temporises sont des automates etendus avec des compteurs de temps, dont la taille est independante des valeurs limites des compteurs du programme. Par consequent, ils sont moins sensibles au phenomene d'explosion du nombre d'etats, d'ou une amelioration des possibilites de verification formelle. De plus, il est possible grace a ce modele d'exprimer des proprietes quantitatives faisant reference au temps. Enfin, un troisieme aspect de ce travail porte sur l'utilisation pour les systemes reactifs d'outils de verification formelle, non concus exactement pour ce type de systemes.

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L'objectif de ce travail est de proposer deux nouveaux indicateurs pour le diagnostic des réducteurs complexes à engrenages. Ces indicateurs sont obtenus à partir du cepstre d'énergie des signaux accélérométriques prélevés sur ces réducteurs. L'analyse cepstrale a étéretenue, en partie parce qu'elle présente un très bon rapport performance sur complexité, ce que confirme un examen de l'état de l'art en la matière.Le premier indicateur est global dans le sens ou son rôle est de désigner l'organe tournant développant un défaut dans le réducteur sous surveillance. Il est basé sur certainespropriétés d'invariance des pics du cepstre d'énergie. Ces propriétés ont été démontrées par le calcul de l'expression théorique du cepstre d'un modèle simplifié de signal d'engrènements multiples. Il est enfin montré que pour que cet indicateur remplisse pleinement son rôle, les signaux à traiter doivent être acquis sous échantillonnage angulaire, d'une part pour que le cepstre puisse garder sa résolution maximum et d'autre part pour pouvoir isoler chacun des engrènements d'un réducteur complexe par moyennage synchrone.Le deuxième indicateur est à la fois local et sélectif en ce sens qu'il est capable de localiser et reconnaître, sur l'organe tournant incriminé, un défaut de type écaillage ou piqûre. Il est basé sur le fait que le cepstre d'énergie de la signature temporelle de ce type de défaut est défini négatif, en conséquence il est bâtit à partir de l'intégrale du cepstre d'une fenêtre glissante sur le signal.Ces indicateurs ont été validés sur des signaux issus de simulations numériques et sur des signaux réels. Les simulations ont été obtenues à partir d'un modèle mécanique déjà disponible, elles ont permis de réaliser une étude paramétrique des défauts de type écaillageen dentures droites et hélicoïdales et aussi d'en révéler la signature temporelle.A partir de signaux acquis sous échantillonnage angulaire, des exemples de séparation d'engrènements sont donnés. Enfin à partir de signaux qui ont déjà été utilisés en plusieurs occasions pour faire du diagnostic, les performances de ces deux indicateurs sont mises enévidence.

Les travaux concernent la commande d'un moteur synchrone à aimants permanents en utilisant les techniques de modes glissants par ordres supérieurs. On a développé une méthodologie complète partant des études théoriques relatives à la linéarisation exacte des systèmes non linéaires par retour d'état et aux techniques de commande par modes glissants, jusque l'implémentation des lois de commande obtenues tant en simulation que sur une plateforme expérimentale. Après avoir posé les objectifs de la thèse et donné les principales motivations, on propose en premier lieu un état de l'art historique du développement de la théorie de la commande pour les systèmes non linéaires. Les divers principes de base de la commande par modes glissants d'ordre un est présenté et explicitée et monte ainsi les avantages et les inconvénients. Une illustration est proposée avec exemple assez simple. Le phénomène de réticence ou de "chattering" est abordé et les solutions les plus classiques utilisées pour le réduire sont rappelées. L'application des techniques de modes glissants d'ordres supérieurs au moteur synchrone à aimants permanents est ensuite présentée. Partant des équations électriques, électromagnétiques et mécaniques qui régissent le système, le modèle d'état est clairement posé. Ensuite, l'auteur décline les objectifs de commande et décrit la synthèse d'une loi de commande, basée sur les modes glissants d'ordres supérieurs, permettant de les atteindre. L'étude qui est faite pour l'établissement du modèle tient aussi compte du fait que les paramètres du système varient dans le temps. Deux surfaces de glissements sont définies en accord avec les objectifs de commande : le courant id et la position angulaire. L'étape suivante a consisté alors à linéariser et découpler par retour d'état, ce système ayant deux entrées et deux sorties. Par la suite, une fois le système linéarisé et découplé, l'auteur fait la synthèse de complète de son correcteur à savoir la loi de commande et des dérivateurs basés sur des modes glissants par ordres supérieurs. De nombreuses simulations montrent l'efficacité du schéma de commande élaboré. Les résultats obtenus en implémentant les lois de commande étudiées sur une plateforme expérimentale sont présentés. L'auteur décrit d'abord la plateforme dSpace utilisée ainsi que le banc expérimental (moteur, capteurs, actionneurs filtres....). Ensuite, sont détaillées les différentes étapes d'implémentation de la commande en utilisant le logiciel MATLAB/SIMULINK. La méthodologie utilisée et les résultats expérimentaux obtenus sont exposés et commentés.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le prototypage virtuel des systèmes embarqués hétérogènes. La complexité des systèmes embarqués fait qu'il est difficile de trouver une solution optimale. Ainsi, les approches adoptées par les ingénieurs reposent sur la simulation qui requiert le prototypage virtuel. L'intérêt du prototypage virtuel est de fournir des modèles exécutables de systèmes embarqués afin de les étudier du point de vue fonctionnel et non-fonctionnel. Notre contribution consiste en la définition d'une nouvelle approche à composants pour le prototypage virtuel des systèmes embarqués, appelé 42. 42 n'est pas un nouveau langage pour le développement des systèmes embarqués, mais plutôt un outil pour la description et l'assemblage de composants pour les systèmes embarqués, au niveau système. Un modèle pour le prototypage virtuel des systèmes embarqués doit prendre en compte leur hétérogénéité. Des approches comme Ptolemy proposent un catalogue de MoCCs (Models of Computation and Communication) qui peuvent être organisés en hiérarchie afin de modéliser l'hétérogénéité. 42 s'inspire de Ptolemy dans l'organisation hiérarchique de composants et de MoCCs. Cependant, les MoCCs dans 42 ne sont pas fournis sous forme de catalogue, ils sont décrits par des programmes qui manipulent un petit ensemble de primitives de base pour activer les composants et gérer les communications entre eux. Une approche à composants comme 42 requiert un formalisme de spécification de composants. Nous étudierons les moyens proposés par 42 pour décrire les composants. Nous nous intéresseront particulièrement aux contrats de contrôle de 42. 42 est indépendant de tout langage ou formalisme. Il est conçu dans l'optique d'être utilisé conjointement avec les approches existantes. Nous donnerons une preuve de concept afin de montrer l'intérêt d'utiliser 42 et les contrats de contrôle associés aux composants, conjointement avec des approches existantes.

L'augmentation des cadences de production nécessite la recherche de performances dynamiques toujours plus élevées pour les dispositifs de positionnement, conduisant à l'utilisation d'axes multi-actionneurs parallèles. Une configuration bi-actionnée en gantry est une solution mécanique qui permet de conférer une accélération élevée à l'axe, mais pose la problématique de la synchronisation des actionneurs mis en collaboration. Un état de l'art de la commande de tels dispositifs électromécaniques met en évidence un manque général de prise en compte du couplage mécanique entre les deux actionneurs, conduisant à des architectures de commande complexes sur le plan structurel et du réglage. L'approche proposée dans cette étude constitue une alternative à ces commandes en mettant en œuvre une approche graphique structurée selon les lois de la causalité physique. Dans un premier temps, l'axe en gantry sert de support à l'étude de propriétés graphiques du formalisme Graphe Informationnel Causal (GIC) développé au L2EP. L'ordonnancement des représentations selon la causalité intégrale conduit à une simplification globale de l'analyse structurelle des systèmes physiques, facilitant le choix des variables d'état indépendantes à contrôler. La modélisation dynamique proposée pour l'axe considéré, associée à des méthodes d'identification expérimentale, est exploitée pour la déduction d'architectures de commande et de méthodes de réglage permettant d'améliorer les performances de synchronisation dynamique des deux actionneurs par une meilleure gestion du couplage. Les problématiques de la modélisation et de la compensation des ondulations de force générées par les moteurs linéaires synchrones à aimants permanents, ainsi que de la gestion énergétique de l'ensemble de l'axe sont également abordées.