Th. doct.-ing.--Électrotech.--Toulouse--I.N.P., 1978. N°: 34.

Th. doct.-ing.--Électrotech.--Toulouse--I.N.P., 1979. N°: 70.

Les machines triphasés tant en mode générateur que moteur n’ont aucune capacité de continuité d’opération lors de l’ouverture d’une phase. En effet, avec un onduleur à point neutre isolé, les deux phases restantes sont dépendantes et forcent l’arrêt de la machine. A contrario, les machines multiphasées ont plus de trois phases et peuvent fonctionner lors de la perte de l’une d’entre elles sans trop de perte de capacité. Cependant, la puissance extraite est alors polluée par des harmoniques comme les variables du contrôle.L’objectif de cette thèse est de concevoir le contrôle d’un générateur hexaphasé asynchrone tant en mode sain qu’en défaut. L’idée de base tient en dix sous-systèmes de contrôle représentant l’ensemble des coupures de phases possibles jusqu’à trois. Ces systèmes sont conçus pour éliminer les oscillations sur la puissance. Ensuite, un algorithme de détection est introduit pour commuter entre les contrôleurs et s’adapter à la nouvelle situation en ligne. Cependant, une commutation brutale s’accompagne toujours d’un transitoire. Un système d’initialisation du nouveau contrôleur est proposé pour adoucir la transition. La stratégie globale est mise en œuvre et prouve les performances de la méthode sur une SC6PIG de 90W / Three-phase induction machines are limited to operate in open-phase conditions in both motor and generator operating modes. Indeed, after losing one of the machine’s phases with an isolated neutral point, the two remaining phases cannot be controlled independently and the machine has to be stopped. Contrary to three-phase machines, the multiphase ones use more than three phase in the stator and thus they can operate even in phase missing conditions with a minimum de-rating. Nevertheless, for a multiphase generator, the extracted power from the machine is associated with oscillations due to the open-phase creation. In addition, the used variables in control system oscillate in these conditions as well. The goal of this thesis is therefore to design a general control system for a squirrel cage six-phase induction generator (SC6PIG) in both healthy and faulty operations. The general control system consists of ten sub control systems which are designed for all possible open-phase faults of the SC6PIG up to three-opened phases. They have been designed regarding the faulty model of the SC6PIG to eliminate the power oscillations in faulted mode. An open-phase detection and operating decider system have been introduced to switch a control system to a new one during the motion. It has been shown that the switching between two different control systems creates a transient voltage in switching instant. In order to minimize the transient voltages, on-line initial condition setting has been proposed for the ten control systems. The proposed strategy has been checked by simulation and experimentation tests on a SC6PIG rated at 90 W. They have confirmed the capacities of the proposed strategy

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le développement d'une méthodologie de conception de circuits asynchrones Quasi Insensibles aux Délais (QDI) et son application à des circuits sécurisés. Contrairement aux circuits synchrones, les circuits asynchrones se caractérisent par l'absence de signal d'horloge. Ces circuits sont séquencés par un mécanisme de communication et de synchronisation local. En plus des nombreuses propriétés des circuits asynchrones telles que la robustesse, une faible consommation, un faible bruit et une excellente modularité, les propriétés de la logique QDI apparaissent également particulièrement intéressantes pour sécuriser l'implantation des circuits intégrés contre les attaques par analyse de courant. Cependant, le manque de méthode et d'outil de conception est un frein à leur adoption. C'est dans ce contexte que se situe ce travail de thèse, qui contribue au développement d'un outil de conception de circuits asynchrones développé au laboratoire TIMA : TAST.

Avec l'avènement des systèmes intégrés complexes, la vérification par assertions(Assertion Based Verification ou ABV) s'est imposée comme une solution pour la vérification semi-formelle des circuits. L'ABV permet de valider qu'un circuit satisfait ou non une propriété(ou assertion). Des travaux antérieurs ont montré qu'il était possible de synthétiser ces propriétés sous la forme de moniteurs matériels. Ces derniers peuvent ainsi être embarqués à demeure sur un circuit afin qu'ils assurent une tâche de monitoring. Avec un objectif de surveillance et de sûreté, l'utilisation de tels moniteurs est un plus. Néanmoins, ces derniers sont aussi sensibles que les circuits surveillés à une dégradation environnementale(tension, température, vieillissement, ...). Afin de réduire le risque de dysfonctionnement des moniteurs, initialement conçus comme des circuits synchrones, une variante asynchrone(quasi-insensible aux délais) est proposée dans cette thèse. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet ANR SFINCS(Thalès, Dolphin Integration, TIMA) et ont mené à la définition d'une méthode de synthèse de moniteurs asynchrones matériels tirant parti de la robustesse et de la modularité des implémentations asynchrones. Les études menées se focalisent en premier lieu sur la conception d'une bibliothèque de moniteurs élémentaires asynchrones et sur une méthode d'interconnexion ad hoc permettant de constituer des moniteurs complexes. Afin de garantir les bonnes propriétés de robustesse de ces moniteurs, une étude a été menée à l'aide de l'outil de vérification formelle RAT. Il a notamment été prouvé que la connexion d'un moniteur asynchrone avec un circuit synchrone(à surveiller) était un point particulièrement délicat car les hypothèses du circuit synchrone contraignent le moniteur asynchrone. Il a donc été proposé d'introduire un dispositif de contrôle de l'horloge du circuit synchrone, appelé " clock stretching ", afin de relaxer les hypothèses temporelles synchrones qui sont appliquées à la partie asynchrone.

This work is dedicated to faulty induction motors. These motors are often used in industrial applications thanks to their usability and their robustness. However, nowadays optimisation of production becomes so critical that the conceptual reliability of the motor is not sufficient anymore. Motor condition monitoring is expanding to serve maintenance planning and uptime maximisation. Moreover, the use of drive control sensors (namely stator current and voltage) can avoid the installation and maintenance of dedicated sensors for condition monitoring. Many authors are working in this field but few approach the diagnosis from a detailed and clear physical understanding of the localised phenomena linked to the faults. Broken bars are known to modulate stator currents but it is shown in this work that it also changes machine saturation level in the neighbourhood of the bar. Furthermore, depending on the voltage level, this change in local saturation affects the amplitude and the phase of the modulation. This is of major importance as most diagnosis techniques use this feature to detect and quantify broken bars. For stator short-circuits, a high current is flowing in the short-circuited coil due to mutual coupling with the other windings and current spikes are flowing in the rotor bars as they pass in front of the short-circuited conductors. In the case of rotor eccentricities, the number of pole-pairs and the connection of these pole-pairs greatly affect the airgap flux density distribution as well as the repartition of the line currents in the different pole-pairs. These conclusions are obtained through the use of time-stepping finite element models of the faulty motors. Moreover, circuit models of faulty machines are built based on the conclusions of previously explained fault analysis and on classical Park models. A common mathematical description is used which allows objective comparison of the models for representation of the machine behaviour and computing time. The identifiability of the parameters of the models as well as methods for their identification are studied. Focus is set on the representation of the machine behaviour using these parameters more than the precise identification of the parameters. It is shown that some classical parameters can not be uniquely identified using only stator measurements. Fault detection and identification using computationally cheap models are compared to advanced detection through motor stator current spectral analysis. This last approach allows faster detection and identification of the fault but leads to incorrect conclusions in low load conditions, in transient situations or in perturbed environments (i.e. fluctuating load torque and unideal supply). Efficient quantification of the fault can be obtained using detection techniques based on the comparison of the process to a model. Finally, the work provides guidelines for motor supervision strategies depending on the context of motor utilisation.

Les méthodes itératives de Krylov sont utilisées sur les plate-formes de Calcul Haute Performance (CHP) pour résoudre les grands systèmes linéaires issus des domaines de la science et de l’ingénierie. Avec l’augmentation du nombre de cœurs et de l’hétérogénéité des superordinateurs, le temps consacré à la communication et synchronisation globales nuit gravement aux leurs performances parallèles. La programmation tend à être distribuée et parallèle. Le développement d’algorithmes devrait prendre en compte les principes: 1) parallélisme avec multi-granularité; 2) mémoire hiérarchique; 3) minimisation de la communication globale; 4) promotion de l’asynchronicité; 5) proposition de stratégies d’ordonnancement et de moteurs de gestion pour gérer les trafics et la tolérance aux pannes. En réponse à ces objectifs, nous présentons un paradigme de programmation multi-niveaux distribués et parallèles pour les méthodes de Krylov sur les plates-formes de CHP. La première partie porte sur la mise en œuvre d’un générateur de matrices avec des valeurs propres prescrites pour la référence des méthodes itératives. Dans la deuxième partie, nous étudions les performances numériques et parallèles de la méthode itérative proposée. Son implémentation avec un moteur de gestion peut gérer la communication, la tolérance aux pannes et la réutilisabilité. Dans la troisième partie, un schéma de réglage automatique est introduit pour la sélection intelligente de ses paramètres lors de l’exécution. Enfin, nous étudions la possibilité d’implémenter ce paradigme dans un environnement d’exécution de flux de travail. / Krylov iterative methods are frequently used on High-Performance Computing (HPC) systems to solve the extremely large sparse linear systems and eigenvalue problems from science and engineering fields. With the increase of both number of computing units and the heterogeneity of supercomputers, time spent in the global communication and synchronization severely damage the parallel performance of iterative methods. Programming on supercomputers tends to become distributed and parallel. Algorithm development should consider the principles: 1) multi-granularity parallelism; 2) hierarchical memory; 3) minimization of global communication; 4) promotion of the asynchronicity; 5) proposition of multi-level scheduling strategies and manager engines to handle huge traffic and improve the fault tolerance. In response to these goals, we present a distributed and parallel multi-level programming paradigm for Krylov methods on HPC platforms. The first part of our work focuses on an implementation of a scalable matrix generator to create test matrices with customized eigenvalue for benchmarking iterative methods on supercomputers. In the second part, we aim to study the numerical and parallel performance of proposed distributed and parallel iterative method. Its implementation with a manager engine and runtime can handle the huge communication traffic, fault tolerance, and reusability. In the third part, an auto-tuning scheme is introduced for the smart selection of its parameters at runtime. Finally, we analyse the possibility to implement the distributed and parallel paradigm by a graph-based workflow runtime environment.

Ce travail concerne l'étude des machines asynchrones à cage dans les applications de traction automobile, en particulier pour les véhicules hybrides. Nous avons développé des modèles et des méthodes utiles pour analyser et dimensionner de telles machines électriques. Nous avons tout d'abord mis au point un modèle électromagnétique non linéaire de la machine, déterminé à partir d'un nombre restreint de calculs "éléments finis". Ce modèle a ensuite été adapté pour réaliser des études de sensibilités sur quelques dimensions géométriques importantes. Il permet d'adapter rapidement une machine à un nouveau cahier des charges. Nous avons finalement étendu cette méthode de modélisation pour prendre en compte un plus grand nombre de paramètres géométriques. Ce dernier modèle paramétrique a été utilisé pour l'optimisation sous contrainte des dimensions d'une machine. Pour cela, nous avons proposé une nouvelle méthode "d'optimisation à modèle recalé" qui concilie précision, rapidité et simplicité. Cette démarche a été appliquée au cas concret d'un dimensionnement de machine asynchrone avec un cahier des charges typique d'un véhicule hybride.

Cette thèse se place dans le cadre de la vérification automatique des systèmes distribués. Elle aborde le problème de la spécification pour de tels systèmes, qui consiste à définir un formalisme logique pour décrire des propriétés des comportements de systèmes. On en attend qu'il soit facile d'exprimer les propriétés courantes (accessibilité, sûreté, exclusion mutuelle, vivacité, etc.). On souhaite par ailleurs que la vérification de ces propriétés soient aisée. Il s'agit donc de trouver un compromis entre pouvoir d'expression et simplicité d'utilisation.<br /><br />On s'intéresse ensuite à la modélisation des systèmes concurrents, en recherchant à nouveau un compromis entre réalisme des modèles et facilité de vérification. Les modèles étudiés dans ce travail sont les automates asynchrones, qui modélisent des processus concurrents communiquant par mémoire partagée.<br /><br />La thèse s'intéresse enfin au problème de la synthèse de contrôleur. Étant donné un système spécifié de façon incomplète, donc non-déterministe, en interaction avec un environnement, il s'agit de calculer de manière automatique comment restreindre son comportement afin qu'il vérifie une spécification donnée (quelles que soient les actions de l'environnement). Ce problème se formule en<br />termes de jeux. Dans le cas distribué, les jeux ont naturellement plusieurs joueurs. Dans ce cadre, la plupart des résultats sont négatifs : il est indécidable de savoir si on peut ou non contrôler un tel système. Cette thèse prouve que certaines propriétés de l'architecture de communication garantissent décidabilité pour toute spécification régulière.

L'utilisation des méthodes formelles pour la conception de protocoles de télécommunication est désormais reconnue comme la seule approche en mesure de garantir leur bon fonctionnement avant la mise en service. Cependant, la complexité toujours croissante ainsi que les contraintes de fiabilité et de sûreté de plus en plus sévères nécessitent l'extension des formalismes de description et l'amélioration continue des méthodes et des techniques de validation. Cette thèse définit une représentation intermédiaire nommé IF pour la description de protocoles. IF est construit à base d'automates temporisés communicants à échéances. Les échéances permettent la modélisation explicite de l'urgence des actions et sont un moyen très fin pour décrire l'évolution temporelle d'un système. Les automates communiquent soit de manière asynchrone, par files d'attente, soit de manière synchrone par rendez-vous. La sémantique opérationnelle de IF est formellement définie et des techniques de simulation efficaces sont proposées. De plus, ayant une structure statique, IF permet l'application intensive des techniques d'analyse statique, comme par exemple celles issues du domaine de l'optimisation de code. Certains informations calculées de cette manière peuvent améliorer considérablement les performances de la validation automatique. Une plate-forme ouverte de validation a été mise en place autour de IF. Elle intègre un grand nombre d'outils autant académiques que industriels et couvre la plupart des techniques actuellement employées pour la vérification et le test des protocoles. Cette plate-forme a été utilisée avec beaucoup de succès sur des protocoles de communication réels, comme par exemple SSCOP ou STARI.