L’impact négatif de l’automobile sur l’environnement a entraîné une sévérisation des normes législatives pour protéger celui-ci. Les difficultés rencontrées lors de l’amélioration du rendement du moteur à allumage commandé, résultent principalement de son fonctionnement inefficace à charges partielles. La distribution variable est capable d'améliorations concernant la réduction de la consommation de carburant, surtout dans une zone d’utilisation fréquente : basses charges et bas régimes. Une alternative à l’étude expérimentale est l’approche par simulation numérique, CFD en utilisant le logiciel ANSYS-Fluent. Dans cette thèse de doctorat, le but principal a été de déterminer les vitesses d’écoulement du fluide pendant le processus d’admission pour deux lois de levée de la soupape, pour un moteur entraîné à 815 tr/min et une ouverture du papillon de gaz de 21.6°. Dans ce but, on a utilisé deux modèles de simulation numérique: un modèle bidimensionnel et un modèle tridimensionnel. L’étude réalisée par simulation numérique a permis de clarifier quelques aspects importants concernant les vitesses d’écoulement de l’air dans le cylindre et le degré de turbulence. / The negative impact of automobiles on the environment has led to increased severity in the legislation concerning environmental protection. The problems encountered in the efforts intended to improve the efficiency of the spark ignition engine are derived from its inefficient operation under partial loads. The variable intake valve lift is capable of significant changes aiming at lower fuel consumption, especially in the frequent use area: low torque, low speed. An alternative to the experimental study of fluid flow is the approach by numerical simulation, CFD, using the software ANSYS-Fluent. The main purpose of the present doctoral thesis was to determine the fluid flow velocity during the intake, for two intake valve lift laws, when the engine is running at 815 rpm, and with an opening of the throttle plate at 21.6°. To do this, we have used two numerical simulation models: one two-dimensional, and one three-dimensional. The study by numerical simulation made it possible to clarify some important issues regarding the air flow velocity into the cylinder, and the level of turbulence.

[pt] Os gráficos de controle de processo criados por Shewhart na década de 20 e em uso até hoje são eficientes para sinalizar alterações de grande magnitude na característica de qualidade de um processo (por exemplo, desvios da ordem de mais de 2 desvios-padrão, no caso do gráfico de médias); já para alterações de menos magnitude, ele são mais lentos. Para estas últimas, são sabidamente mais eficientes os esquemas CUSUM e EWMA, bem como os gráficos adaptativos, de desenvolvimento bem mais recente, também chamados de gráficos de parâmentros variáveis, porque alguns ou todos os seus parâmetros (tamanho de amostra, intervalo de tempo entre amostras, e limites de controle) passam a variar durante a operação, em função da informação fornecida pela última amostra. Nesta pesquisa, é prposta a incorporação da estratégia de gráficos adaptativos (usando um intervalo de tempo entre amostras variável) ao esquema EWMA na busca de melhorias no desempenho de gráficos de controle por atributos. O esquema proposto é aplicado a gráficos de c para detecção de alterações de pequena magnitude no número médio de não-conformidades em um processo de produção. É desenvolvido o modelo matemático para cálculo das medidas de desempenho do gráfico, e é realizada a análise de desempenho do esquema para diversos valores de c0 e c1 (número médio em controle e fora de controle de não- conformidades), com comparação com outros gráficos de controle por atributos. Resultados mostram, na maioria das situações analisadas, a vantagem do esquema proposto, em termos de uma maior rapidez de detecção de alterações de diversas magnitudes. / [en] The process control charts created by Shewhart in the 20 s and still in use today are efficient in signaling large shifts in the quality characteristics of a process (e.g. shifts greater than two standard deviations, in the case of the chart for means); they are however slower in the case of small and moderate shifts, in which case CUSUM and EWMA schemes are known to be more efficient, as are the recently developed adaptive charts, also called variable parameter charts because some or all of their design parameters (sample size, sampling interval and control limits) are allowed to vary during the operation, according to the information of the latest sample. In this thesis, looking for an enhancement in the performance of control charts for attributes, the strategy of adaptive charts (using a variable sampling interval) is incorporated to the EWMA scheme. The proposed scheme is applied to c charts for detecting small shifts in the number of nonconformities in a production process. A mathematical model is developed for calculation of the performance measures of the chart, and a performance analysis is carried out for several values of c0 and c1 (in- and out-of-control number of nonconformities), together with a comparison with other control charts for nonconformities. The results show the advantage of the proposed scheme in the majority of the analyzed situations, through faster detection of a range of shifts.

L’évolution des systèmes de télécommunications, liée à une demande sans cesse croissante en termes de débit et de volume de données, se concrétise par le développement de systèmes proposant des bandes passantes très larges, des modulations à très hautes efficacités spectrales, de la flexibilité en puissance et en fréquence d’émission. Par ailleurs, la mise en œuvre de ces dispositifs doit se faire avec un souci permanent d’économie d’énergie d’où la problématique récurrente de l’amplification de puissance RF qui consiste à allier au mieux rendement, linéarité et bande passante. L’architecture conventionnelle d’une chaine d’émission RF consiste dans une première étape à réaliser l’opération de modulation-conversion de fréquence (Modulateur IQ) puis dans une deuxième étape l’opération de conversion d’énergie DC-RF (Amplificateur de Puissance), ces deux étapes étant traditionnellement traitées de manière indépendante. L’objectif de ces travaux de thèse est de proposer une approche alternative qui consiste à combiner ces deux opérations dans une seule et même fonction : le modulateur vectoriel de puissance à haute efficacité énergétique. Le cœur du dispositif, conçu en technologie GaN, repose sur un circuit à deux étages de transistors HEMT permettant d’obtenir un gain en puissance variable en régime de saturation. Il est associé à un modulateur de polarisation multi-niveaux spécifique également en technologie GaN. Le dispositif réalisé a permis de générer directement, à une fréquence de 2.5 GHz, une modulation vectorielle 16QAM (100Msymb/s) de puissance moyenne 13 W, de puissance crête 25W avec un rendement global de 40% et une linéarité mesurée par un EVM à 5%. / The evolution of telecommunications systems, linked to a constantly increasing demand in terms of data rate and volume, leads to the development of systems offering very wide bandwidths, modulations with very high spectral efficiencies, increased power and frequency flexibilities in transmitters. Moreover, the implementation of such systems must be done with a permanent concern for energy saving, hence the recurring goal of the RF power amplification which is to combine the best efficiency, linearity and bandwidth. Conventional architectures of RF emitter front-ends consist in a first step in performing the frequency modulation-conversion operation (IQ Modulator) and then in a second step the DC-RF energy conversion operation (Power Amplifier), these two steps being usually managed independently. The aim of this thesis is to propose an alternative approach that consists in combining these two operations in only one function: a high efficiency vector power modulator. The core of the proposed system is based on a two-stage GaN HEMT circuit to obtain a variable power gain operating at saturation. It is associated with a specific multi-level bias modulator also design using GaN technology. The fabricated device generates, at a frequency of 2.5 GHz, a 16QAM modulation (100Msymb/s) with 13W average power, 25W peak power, with an overall efficiency of 40% and 5% EVM.

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:07:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IsaelCJ_DISSERT.pdf: 3710521 bytes, checksum: ffcd6197d140a1f366f43dd76204f72c (MD5) Previous issue date: 2013-02-05 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / With the technology progess, embedded systems using adaptive techniques are being used frequently. One of these techniques is the Variable Structure Model- Reference Adaptive Control (VS-MRAC). The implementation of this technique in embedded systems, requires consideration of a sampling period which if not taken into consideration, can adversely affect system performance and even takes the system to instability. This work proposes a stability analysis of a discrete-time VS-MRAC accomplished for SISO linear time-invariant plants with relative degree one. The aim is to analyse the in uence of the sampling period in the system performance and the relation of this period with the chattering and system instability / Com o avanco da tecnologia, sistemas embarcados utilizando t?cnicas adaptativas est?o sendo utilizados com mais frequencia. Uma dessas t?cnicas ? o Controlador adaptativo por Modelo de Referencia e Estrutura Variavel (VS-MRAC). A implementa??o dessa t?cnica em sistemas embarcados, requer a considera??o de um per?odo de amostragem que se n?o for levado em considera??o, pode afetar de maneira negativa a performance do sistema e at? mesmo lev?-lo a instabilizacao. Este trabalho prop?e uma an?lise de estabilidade do VS-MRAC para o caso discreto para uma planta SISO linear, invariante no tempo, de grau relativo unit?rio. O objetivo ? analisar a influ?ncia do per?odo de amostragem no desempenho do sistema, e a rela??o desse per?odo com o fen?meno de "chattering" e instabiliza??o do sistema

L'objet de cette thèse est l'étude du comportement asymptotique des systèmes de fonctions itérées (IFS). Dans un premier chapitre, nous présenterons les notions liées à l'étude de tels systèmes et nous rappellerons différentes applications possibles des IFS telles que les marches aléatoires sur des graphes ou des pavages apériodiques, les systèmes dynamiques aléatoires, la classification de protéines ou encore les mesures quantiques répétées. Nous nous attarderons sur deux autres applications : les chaînes de Markov d'ordre infini et d'ordre variable. Nous donnerons aussi les principaux résultats de la littérature concernant l'étude des mesures invariantes pour des IFS ainsi que ceux pour le calcul de la dimension de Hausdorff. Le deuxième chapitre sera consacré à l'étude d'une classe d'IFS composés de contractions sur des intervalles réels fermés dont les images se chevauchent au plus en un point et telles que les probabilités de transition sont constantes par morceaux. Nous donnerons un critère pour l'existence et pour l'unicité d'une mesure invariante pour l'IFS ainsi que pour la stabilité asymptotique en termes de bornes sur les probabilités de transition. De plus, quand il existe une unique mesure invariante et sous quelques hypothèses techniques supplémentaires, on peut montrer que la mesure invariante admet une dimension de Hausdorff exacte qui est égale au rapport de l'entropie sur l'exposant de Lyapunov. Ce résultat étend la formule, établie dans la littérature pour des probabilités de transition continues, au cas considéré ici des probabilités de transition constantes par morceaux. Le dernier chapitre de cette thèse est, quant à lui, consacré à un cas particulier d'IFS : les chaînes de Markov de longueur variable (VLMC). On démontrera que sous une condition de non-nullité faible et de continuité pour la distance ultramétrique des probabilités de transitions, elles admettent une unique mesure invariante qui est attractive pour la convergence faible. / The purpose of this thesis is the study of the asymptotic behaviour of iterated function systems (IFS). In a first part, we will introduce the notions related to the study of such systems and we will remind different applications of IFS such as random walks on graphs or aperiodic tilings, random dynamical systems, proteins classification or else $q$-repeated measures. We will focus on two other applications : the chains of infinite order and the variable length Markov chains. We will give the main results in the literature concerning the study of invariant measures for IFS and those for the calculus of the Hausdorff dimension. The second part will be dedicated to the study of a class of iterated function systems (IFSs) with non-overlapping or just-touching contractions on closed real intervals and adapted piecewise constant transition probabilities. We give criteria for the existence and the uniqueness of an invariant probability measure for the IFSs and for the asymptotic stability of the system in terms of bounds of transition probabilities. Additionally, in case there exists a unique invariant measure and under some technical assumptions, we obtain its exact Hausdorff dimension as the ratio of the entropy over the Lyapunov exponent. This result extends the formula, established in the literature for continuous transition probabilities, to the case considered here of piecewise constant probabilities. The last part is dedicated to a special case of IFS : Variable Length Markov Chains (VLMC). We will show that under a weak non-nullness condition and continuity for the ultrametric distance of the transition probabilities, they admit a unique invariant measure which is attractive for the weak convergence.

Les études, menées en collaboration entre la société VALEOL et le laboratoire IMS, proposent des solutions pour optimiser la production et le fonctionnement d'une éolienne. Il s’agit de travailler sur les lois de commande du système ou des sous-systèmes en utilisant la commande CRONE, répondant à un besoin de robustesse. Chaque étude met en avant des aspects de modélisation, d’identification et de synthèse de lois de commande avant mises en application au travers de simulations ou d’essais sur modèles réduits et taille réelle.Le chapitre 1 donne une vision d’ensemble des problématiques traitées dans ce manuscrit, à l’aide d’états de l’art et de remise dans le contexte économique et industriel de 2013.Le chapitre 2 introduit la commande CRONE pour la synthèse de régulateurs robustes. Cette méthodologie est utilisée pour réaliser l’asservissement de la vitesse de rotation d’une éolienne à vitesse variable, présentant une architecture innovante avec un variateur de vitesse mécanique et génératrice synchrone.Le chapitre 3 établit la comparaison de trois nouveaux critères d’optimisation pour la méthodologie CRONE. Le but est de réduire sa complexité et de faciliter sa manipulation par tout utilisateur. Les résultats sur les différents critères sont obtenus par simulations sur un exemple académique, puis sur un modèle d’éolienne de type MADA.Le chapitre 4 porte sur la réduction des charges structurelles transmises par le vent à l’éolienne. Il est question d’une amélioration du contrôle de l’angle de pitch par action indépendante sur chaque pale en fonction de la position du rotor ou encore des perturbations liées au ventLe chapitre 5 est consacré à la conception d’un système d’antigivrage et dégivrage d’une pale dans le cadre d’un projet Aquitain. Après modélisation et identification du procédé, la commande CRONE est utilisée pour réguler la température d’une peinture polymère chauffante sous alimentation électrique disposée sur les pales. L’étude est complétée par la mise en place d’un observateur pour la détection de présence de givre. / The research studies, in collaboration with VALEOL and IMS laboratory, propose several solutions to optimize the production and the efficiency of a wind turbine. The general theme of the work is based on control laws of the system or subsystems using the CRONE robust design. Each part highlights aspects of modeling, system identification and design before simulations or tests of scale and full size models. Chapter 1 provides an overview of the issues discussed in this manuscript, using states of the art and precisions on the industrial and economic context of 2013.Chapter 2 introduces the CRONE command for robust design. It is used to achieve the control of the rotation speed of a variable speed wind turbine, with an innovative architecture - mechanical variable speed solution and synchronous generator.Chapter 3 makes a comparison of three new optimization criteria for CRONE design. The aim is to reduce the methodology complexity and to facilitate handling by any user. The results are obtained through simulations on an academic example, then with a DFIG wind turbine model. Chapter 4 focuses on the reduction of structural loads transmitted by the wind on the turbine. It is about better control of the pitch angle by individual pitch control, depending on the rotor position or wind disturbances.Chapter 5 deals with the design of an anti-icing/de-icing system for blades. After the modeling and identification steps, the CRONE design is used to control the temperature of a heating coating disposed on the blades. An observer is finally designed to detect the presence of ice.

Les études menées permettent de prendre en main un système depuis l’identification jusqu’à la commande robuste des systèmes non entiers. Les principes de la platitude permettent de parvenir à la planification de trajectoire à condition de connaître le modèle du système, d’où l’intérêt de l’identification des paramètres du système. Les principaux travaux de cette thèse concernent l’identification de système par modèles non entiers, la génération et la poursuite robuste de trajectoire par l’application des principes de la platitude aux systèmes non entiers.Le chapitre 1 rappelle les définitions et propriétés de l’opérateur non entier ainsi que les diverses méthodes de représentation d’un système non entier. Le théorème de stabilité est également remémoré. Les algèbres sur les polynômes non entiers et sur les matrices polynômiales non entières sont introduites pour l’extension de la platitude aux systèmes non entiers.Le chapitre 2 porte sur l’identification par modèle non entier. Après un état de l’art sur les méthodes d’identification par modèle non entier, deux contextes sont étudiés : en présence de bruit blanc et en présence de bruit coloré. Dans chaque cas, deux estimateurs optimaux (sur la variance et le biais) sont propos´es : l’un, en supposant une structure du modèle connue et d’ordres de dérivation fixés, et l’autre en combinant des techniques de programmation non linéaire qui optimise à la fois les coefficients et les ordres de dérivation.Le chapitre 3 établit l’extension des principes de la platitude aux systèmes non entiers.La platitude des systèmes non entiers linéaires en proposant différentes approches telles que les fonctions de transfert et la pseudo-représentation d’état par matrices polynômiales est étudiée.La robustesse du suivi de trajectoire est abordée par la commande CRONE. Des exemples de simulations illustrent les développements théoriques de la platitude au travers de la diffusion thermique sur un barreau métallique.Enfin, le chapitre 4 est consacré à la validation des contributions en identification, en planification de trajectoire et en poursuite robuste sur un système non entier réel : un barreau métallique est soumis à un flux de chaleur. / The general theme of the work enables to handle a system, from identification to robust control. Flatness principles tackle path planning unless knowing the system model, hence the system parameter identification necessity. The principal contribution of this thesis deal with system identification by non integer models and with robust path tracking by the use of flatness principles for fractional models.Chapter 1 recalls the definitions and properties of a fractional operator and also the various representation methods of a fractional system. The stability theorem is also brought to mind. Fractional polynomial and fractional polynomial matrice algebras are introduced for the extension of flatness principles for fractional systems.Chapter 2 is about non integer model identification. After a state of the art on system identification by non integer model. Two contexts are considered : in presence of white noise and of colored noise. In each situation, two optimal (in variance and bias sense) estimators are put forward : one, when considering a known model structure with fixed differentiating orders, and another one by combining nonlinear programming technics for the optimization of coefficients and differentiating orders.Chapter 3 establishes the extension of flatness principles to fractional systems. Flatness of linear fractional systems are studied while considering different approaches such as transfer functions or pseudo-state-space representations with polynomial matrices. Path tracking robustness is ensured with CRONE control. Simulation examples display theoretical developments on flatness through thermal diffusion on a metallic rod. Finally, Chapter 4 is devoted to validate the contributions to system identification, to trajectory planning and to robust path tracking on a real fractional system : a metallic rod submitted to a heat flux.

Dans le contexte de l’amélioration des modèles de prévision en acoustique extérieure, ces travaux de thèse se focalisent sur la modélisation des effets des irrégularités de la surface du sol sur la propagation acoustique. Pour ce faire, des méthodes numériques temporelles sont utilisées : d’une part, la méthode FDTD basée sur la résolution des équations de l’acoustique par des schémas aux différences finies, et d’autre part, la méthode des lignes de transmission (TLM). La modélisation des effets de la rugosité de surface est abordée en considérant le formalisme de l’impédance effective. Deux modèles d’impédance effective sont étudiés : le premier caractérise les effets d’une rugosité déterministe constituée de diffuseurs de géométrie constante, le second caractérise les effets moyens d’une rugosité aléatoire définie par un spectre de rugosité. Ce second modèle est validé expérimentalement par une campagne de mesures en salle semi-anéchoïque, audessus de surfaces rugueuses dont la rugosité a été définie très précisément. Les deux modèles d’impédance effective sont également validés par des simulations numériques FDTD et TLM. La possibilité d’implémenter ces conditions d’impédance effective dans les deux codes temporels est ainsi montrée, ce qui permet de modéliser les effets de la rugosité sans avoir à réaliser un maillage précis du profil des hauteurs de la surface du sol. Une campagne de mesures de l’impédance de différents terrains est réalisée afin d’étudier les effets de la variabilité spatiale et saisonnière de l’impédance sur la prévision des niveaux sonores. Les impédances mesurées lors de cette campagne sont également utilisées comme des données d’entrée réalistes pour le code TLM, afin de simuler et d’étudier les effets de la propagation acoustique au-dessus d’un sol hétérogène présentant une impédance spatialement variable. / In the context of prediction models improvement for outdoor sound propagation, this work focuses on the modelling of the effects of ground irregularities on sound propagation. Time-domain numerical methods are used: on one hand, the solving of the governing equations by finite difference schemes (FDTD method), and on the other hand, the transmission line matrix (TLM) method. Effective impedance is considered to model the effects of surface roughness. Two effective impedance models are studied: the first one takes into account the effects of a deterministic roughness formed by scatterers of constant geometry, the second one takes into account the mean effects of a random roughness defined by a roughness spectrum. This second model is validated experimentally by a measurements campaign carried out in a semi-anechoic chamber, above rough surfaces whose roughness profiles were precisely designed. The two effective impedance models are also validated by FDTD and TLM simulations. The possibility to use the effective impedances directly into the numerical methods is then shown, allowing the modelling of roughness effects without meshing the exact height profile of the ground surface. A measurements campaign of the impedance of different grounds is performed in order to assess the effects of space and seasonal variability of the impedance on the sound levels predictions. The results of this campaign are also used as realistic entry data for the TLM code, and the propagation above a heterogeneous ground showing spatially variable impedance is simulated.

Les problèmes d’optimisation combinatoire sont généralement réputés NP-difficiles, donc il n’y a pas d’algorithmes efficaces pour les résoudre. Afin de trouver des solutions optimales locales ou réalisables, on utilise souvent des heuristiques ou des algorithmes approchés. Les dernières décennies ont vu naitre des méthodes approchées connues sous le nom de métaheuristiques, et qui permettent de trouver une solution approchées. Cette thèse propose de résoudre des problèmes d’optimisation déterministe et stochastique à l’aide de métaheuristiques. Nous avons particulièrement étudié la méthode de voisinage variable connue sous le nom de VNS. Nous avons choisi cet algorithme pour résoudre nos problèmes d’optimisation dans la mesure où VNS permet de trouver des solutions de bonne qualité dans un temps CPU raisonnable. Le premier problème que nous avons étudié dans le cadre de cette thèse est le problème déterministe de largeur de bande de matrices creuses. Il s’agit d’un problème combinatoire difficile, notre VNS a permis de trouver des solutions comparables à celles de la littérature en termes de qualité des résultats mais avec temps de calcul plus compétitif. Nous nous sommes intéressés dans un deuxième temps aux problèmes de réseaux mobiles appelés OFDMA-TDMA. Nous avons étudié le problème d’affectation de ressources dans ce type de réseaux, nous avons proposé deux modèles : Le premier modèle est un modèle déterministe qui permet de maximiser la bande passante du canal pour un réseau OFDMA à débit monodirectionnel appelé Uplink sous contraintes d’énergie utilisée par les utilisateurs et des contraintes d’affectation de porteuses. Pour ce problème, VNS donne de très bons résultats et des bornes de bonne qualité. Le deuxième modèle est un problème stochastique de réseaux OFDMA d’affectation de ressources multi-cellules. Pour résoudre ce problème, on utilise le problème déterministe équivalent auquel on applique la méthode VNS qui dans ce cas permet de trouver des solutions avec un saut de dualité très faible. Les problèmes d’allocation de ressources aussi bien dans les réseaux OFDMA ou dans d’autres domaines peuvent aussi être modélisés sous forme de problèmes d’optimisation bi-niveaux appelés aussi problèmes d’optimisation hiérarchique. Le dernier problème étudié dans le cadre de cette thèse porte sur les problèmes bi-niveaux stochastiques. Pour résoudre le problème lié à l’incertitude dans ce problème, nous avons utilisé l’optimisation robuste plus précisément l’approche appelée « distributionnellement robuste ». Cette approche donne de très bons résultats légèrement conservateurs notamment lorsque le nombre de variables du leader est très supérieur à celui du suiveur. Nos expérimentations ont confirmé l’efficacité de nos méthodes pour l’ensemble des problèmes étudiés. / Combinatorial optimization problems are generally NP-hard problems, so they can only rely on heuristic or approximation algorithms to find a local optimum or a feasible solution. During the last decades, more general solving techniques have been proposed, namely metaheuristics which can be applied to many types of combinatorial optimization problems. This PhD thesis proposed to solve the deterministic and stochastic optimization problems with metaheuristics. We studied especially Variable Neighborhood Search (VNS) and choose this algorithm to solve our optimization problems since it is able to find satisfying approximated optimal solutions within a reasonable computation time. Our thesis starts with a relatively simple deterministic combinatorial optimization problem: Bandwidth Minimization Problem. The proposed VNS procedure offers an advantage in terms of CPU time compared to the literature. Then, we focus on resource allocation problems in OFDMA systems, and present two models. The first model aims at maximizing the total bandwidth channel capacity of an uplink OFDMA-TDMA network subject to user power and subcarrier assignment constraints while simultaneously scheduling users in time. For this problem, VNS gives tight bounds. The second model is stochastic resource allocation model for uplink wireless multi-cell OFDMA Networks. After transforming the original model into a deterministic one, the proposed VNS is applied on the deterministic model, and find near optimal solutions. Subsequently, several problems either in OFDMA systems or in many other topics in resource allocation can be modeled as hierarchy problems, e.g., bi-level optimization problems. Thus, we also study stochastic bi-level optimization problems, and use robust optimization framework to deal with uncertainty. The distributionally robust approach can obtain slight conservative solutions when the number of binary variables in the upper level is larger than the number of variables in the lower level. Our numerical results for all the problems studied in this thesis show the performance of our approaches.

Background: General anesthesia usually requires mechanical ventilation, which is traditionally accomplished with constant tidal volumes in volume- or pressure-controlled modes. Experimental studies suggest that the use of variable tidal volumes (variable ventilation) recruits lung tissue, improves pulmonary function and reduces systemic inflammatory response. However, it is currently not known whether patients undergoing open abdominal surgery might benefit from intraoperative variable ventilation. Methods/Design: The PROtective VARiable ventilation trial ('PROVAR') is a single center, randomized controlled trial enrolling 50 patients who are planning for open abdominal surgery expected to last longer than 3 hours. PROVAR compares conventional (non-variable) lung protective ventilation (CV) with variable lung protective ventilation (VV) regarding pulmonary function and inflammatory response. The primary endpoint of the study is the forced vital capacity on the first postoperative day. Secondary endpoints include further lung function tests, plasma cytokine levels, spatial distribution of ventilation assessed by means of electrical impedance tomography and postoperative pulmonary complications. Discussion: We hypothesize that VV improves lung function and reduces systemic inflammatory response compared to CV in patients receiving mechanical ventilation during general anesthesia for open abdominal surgery longer than 3 hours. PROVAR is the first randomized controlled trial aiming at intra- and postoperative effects of VV on lung function. This study may help to define the role of VV during general anesthesia requiring mechanical ventilation.