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The recent and rapid advances in micro electronics technology has resulted in the continued and dramatic reduction in the cost and size of logic circuits used in computers and computer interfaced devices. This technology now makes it possible to purchase a sophisticated computer system and multiple terminal devices for less than $60,000. The subject of this Research Report is to show the feasibility of applying this computer system, including 32 phone line interfaced video display terminals and a time sharing software package, to vend computer generated games for profit.

Due to its cheap production costs, simple construction, and robustness, switched reluctance machines are viable candidates for traction motor drive applications in the electrification of transportation. However, high torque ripple and acoustic noise limit the performance of switched reluctance motors (SRM). This thesis considers control methods to reduce the electromagnetic torque ripple in SRM, while also analyzing the impact of these control methods on other aspect of machine performance, such as copper losses and radial force production. Traditionally, SRM is controlled using rectangular current profiles which are excited using discrete pulsations. Timing of these pulsations is quantified with conduction angles, and the performance of the machine at a given operating point can be optimized by carefully choosing these conduction angles. This thesis starts the analysis on controls of SRM using the conduction angle parameters to determine a baseline of torque ripple performance for comparison against advanced control techniques developed afterwards. Recently, current profiling techniques have been developed, and have been shown to have high performance for torque ripple reduction. In this thesis, one such technique is proposed in the form of an optimization problem where the solution of this problem yields an optimized current profile that both minimizes torque ripple while reducing copper losses. The proposed current profiling technique ensures good current tracking, which allow for optimal control performance over a wide speed range. Finally, this thesis shows the torque more generally as one component of the nodal forces in SRM. The other component of the nodal forces is the radial forces, which contributes to the noise, vibrations, and harshness of the machine. In this thesis, modeling of the radial forces has been conducted, and effects of the proposed current profiling technique on radial forces have been shown to comprehensively illustrate the performance of the current profiling technique. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

Architectural form is both an expression of human desire and built edifice directly related to construction methods. It follows that the responsibilities of the architect seeking new form must extend to the instrumentation of tectonic machines and devices, which are also appropriately new. This thesis proposes a revitalization of the relationship between the architect and machines as a means of restoring intimacy, immediacy, and delight to the act of building. What follows is a presentation of images, photographs, and models related to the design and development of an architecture machine, and related constructions. / Master of Architecture

La grosseur de l'arbre, l'opérateur et la méthode de travail employée ont un impact important sur la productivité des abatteuses-façonneuses. Les recherches antérieures sur les méthodes de travail se sont concentrées sur l'identification de la méthode la plus productive à utiliser dans toutes les conditions de peuplement. Cependant, il est possiblement avantageux d'adapter la méthode aux caractéristiques du peuplement récolté. Pour évaluer ce potentiel gain de productivité, nous avons développé un simulateur déterministe à événements discrets d'une abatteuse-façonneuse. Au total, 36 méthodes de travail ont été simulées dans des scénarios de coupe totale sur 50 corridors de récolte ayant des densités et hauteurs d'arbres couvrant l'éventail des conditions prévalentes dans la province. Bien que nous ayons observé des différences de productivité allant jusqu'à 18,56 % entre les méthodes de travail dans un même corridor, aucune méthode n'a surpassé les autres dans toutes les conditions. Dans les densités de peuplement de 600 tiges/ha ou moins, les choix opérationnels d'empiler le bois d'un seul côté du sentier et l'utilisation de 75 à 100 % de la portée maximale de la flèche caractérisaient les méthodes les plus productives. Pour les densités de 800 tiges/ha et plus, les méthodes privilégiant l'empilement des bois sur les deux côtés du sentier et l'utilisation de 50 à 75 % de la portée de la flèche s'avéraient les plus productives. La densité du peuplement peut être utilisée comme critère pour choisir la méthode à mettre en œuvre dans un peuplement, contrairement à la hauteur des arbres. Pour les corridors simulés, éviter les méthodes les moins productives a mené à des gains de productivité allant jusqu'à 15,90 %. La stratégie d'adapter la méthode de travail aux conditions des peuplements a permis d'accroitre la productivité d'un maximum de 2,66 % lors de l'utilisation de deux méthodes. / The size of the trees, the operator, and the working method they use affect the productivity of harvesters. Previous research on working methods has focused on identifying the most productive method to use in all stand conditions. However, it may be advantageous to adapt the method to the characteristics of the harvested stand. To assess this potential productivity gain, we have developed a deterministic discrete event simulator of a harvester. A total of 36 working methods were simulated in 50 harvesting corridors with tree densities and heights covering the range of conditions prevailing in the Quebec province, in total cut scenarios. While we observed productivity differences of up to 18.56% between working methods in the same corridor, no method outperformed the others in all conditions. In stand densities of 600 stems / ha or less, stacking logs on only one side of the trail and using 75-100% of the maximum boom reach characterized the most productive methods. For densities of 800 stems / ha and above, methods of stacking wood on both sides of the trail and using 50-75% of the boom reach were most productive. Stand density can be used as a criterion for choosing which method to implement in a stand, unlike tree height. For the simulated corridors, avoiding the unproductive methods led to productivity gains of up to 15.90%. The strategy of adapting the working method to stand conditions increased productivity by up to 2.66% when using both methods.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2024 / Cette thèse propose et analyse un nouveau robot parallèle cinématiquement redondant (KRP) avec tous les actionneurs situés à la base. La structure de base du robot provient de travaux antérieurs, c'est-à-dire que trois jambes avec 3 degrés de liberté (ddls) chacune sont attachées à la plate-forme mobile par trois liaisons redondantes, ce qui donne un robot KRP avec (6+3) degrés de liberté. Cette thèse se concentre sur quatre thèmes. Tout d'abord, un nouveau robot parallèle à 3 ddls utilisé comme jambe du robot KRP est proposé, et tous les actionneurs sont situés à la base afin de réduire l'inertie des parties mobiles. De plus, les actionneurs sont placés près les uns des autres pour minimiser l'encombrement et produire un espace de travail relativement grand. Les problèmes cinématiques tels que la modélisation cinématique, le problème inverse/direct, l'analyse des singularités et l'espace de travail sont analysés en détail. En outre, pour simplifier l'analyse de l'espace de travail et agrandir l'espace de travail, une conception améliorée du robot à 3 ddls est proposée. L'établissement de modèles dynamiques pour les robots parallèles est un défi en raison des relations complexes entre les vitesses et les forces induites par leur structure en boucle fermée. Cette thèse propose plusieurs méthodes de modélisation simplifiées pour les robots parallèles. Le premier type est dérivé de l'approche lagrangienne et l'idée centrale est de réduire la complexité des expressions représentant l'énergie pour le robot. Par conséquent, ces méthodes ont une bonne généralité et sont disponibles pour divers robots parallèles. Cependant, pour certains robots parallèles (par exemple, le robot à 3 ddls proposé), même en utilisant la méthode simplifiée, les calculs d'énergie sont légèrement complexes. Compte tenu de cela, une autre méthode de modélisation simplifiée basée sur l'approche de Newton-Euler est proposée et analysée. Étant donné que le nouveau robot KRP a une structure similaire à celle des robots KRP précédents, la plupart des méthodes analysées dans les travaux précédents peuvent être directement utilisées. Par conséquent, cette thèse ne résout que brièvement le problème inverse/direct, explique la singularité du point de vue de la force, donne le modèle dynamique et montre la structure et le modèle CAO du prototype du nouveau robot KRP. Enfin, cette thèse propose une méthode générale de contrôle de préhension par laquelle le robot KRP peut faire fonctionner à distance une pince pour générer les forces de préhension requises tout en déplaçant la plate-forme, toutes les actions étant pilotées par les mêmes actionneurs. Le modèle de contrôle de préhension se compose d'un modèle de contrôle du mouvement des jambes et d'un modèle de contrôle de la force des jambes, où la force de préhension peut être contrôlée indépendamment. En conséquence, le modèle de contrôle en force utilise un contrôleur en boucle ouverte, simple à mettre en œuvre et efficace. / This thesis proposes and analyzes a novel kinematically redundant parallel (KRP) robot with all actuators located at the base. The basic structure of the robot comes from previous work, i.e., three legs with 3 degrees of freedom (DOFs) each are connected to the mobile platform by three redundant links, which results in a (6+3)-DOF KRP robot. This thesis focuses on four topics. First, a novel 3-DOF parallel robot used as the leg of the KRP robot is proposed, and all actuators are located at the base to reduce the moving inertia. Furthermore, the actuators are placed close to one another to generate a compact footprint and a relatively large workspace. The kinematic problems such as kinematic modeling, inverse/forward problem, singularity analysis, and workspace are analyzed in detail. Besides, to simplify the workspace analysis and enlarge the workspace, an improved design of the 3-DOF robot is given. Establishing dynamic models for parallel robots is challenging due to the complex velocity and force relationships caused by their closed-loop structure. This thesis proposes several simplified modeling methods for parallel robots. The first type is derived from the Lagrangian approach, and the core idea is to reduce the complexity of the energy expressions for the robot. Hence, these methods have good generality and are available for various parallel robots. However, for some parallel robots (for instance, the proposed 3-DOF robot), even using the simplified method, the calculations of energy are slightly complex. Given this, another simplified modeling method based on the Newton-Euler approach is proposed and analyzed. Since the novel KRP robot has a similar structure to previous KRP robots, most analyzed methods in previous work can be directly used. Hence, this thesis only briefly solves the inverse/forward problem, explains the singularity from a force perspective, gives the dynamic model, and shows the structure and CAD model of the prototype for the novel KRP robot. Finally, this thesis proposes a general grasping control method by which the KRP robot can remotely operate a gripper to generate required grasping forces while moving the platform, with all actions driven by the same actuators. The grasping control model consists of a leg motion control model and a leg force control model, where the grasping force can be controlled independently. As a result, the force control model uses an open-loop controller, which is simple to implement and efficient.

Titre de l'écran-titre (visionné le 18 mars 2024) / L'utilisation accrue des machines électriques, en particulier des machines asynchrones à rotor bobiné pour la production d'énergie éolienne, pose des défis importants en matière de modéli- sation d'identification et de diagnostic. Pour répondre à ces défis, notre étude, menée au sein du LEEPCI, a mis au point une méthode expérimentale innovante pour identifier un modèle de circuits couplés. Ce type de modèle offre une grande précision et une bonne représentation du comportement électromagnétique dans le temps et l'espace. Cependant les paramètres du modèle changent en fonction de la position du rotor si bien que le processus d'identification devient une étape très complexe si on veut éviter des hypothèses trop simplificatrices. Une manière d'obtenir une bonne précision sur les paramètres est d'utiliser une méthode de mo- délisation par éléments finis mais cette technique nécessite des informations sur la géométrie du moteur et ses matériaux. Le traitement de mesures électriques issues d'essais pratique est toujours préférable à condition de trouver un mode opératoire qui permet de compléter le processus d'identification dans un temps acceptable. La méthode présentée dans ce mémoire consiste à réaliser des essais à très faible vitesse de rotation et à faire des mesures électriques de courant et de tension dans tous les bobinages, Les mesures sont ensuite traitées pour extraire une matrice d'inductances pour chaque position de rotor. Il est montré que les résultats de cette méthode d'identification sont meilleurs que ceux obtenus avec une identification basée sur une modélisation par éléments finis. Cette méthode permet donc de produire un jumeau numérique reproduisant fidèlement les formes d'ondes de la machine. / The increased use of electric machines, particularly wound rotor asynchronous machines for wind energy production, poses significant challenges in terms of modeling, identification, and diagnosis. To address these challenges, our study conducted at LEEPCI has developed an innovative experimental method for identifying a coupled circuits model. This type of model provides high accuracy and a good representation of electromagnetic behavior in both time and space. However, the model parameters change based on the rotor position, making the identification process highly complex when avoiding overly simplifying assumptions. One way to achieve accurate parameter estimation is by using a finite element modeling method, but this technique requires information about the motor's geometry and materials. Processing electrical measurements from practical tests is always preferable, provided a procedure is found to complete the identification process within an acceptable timeframe. The method presented in this thesis involves conducting tests at very low rotation speeds and measuring currents and voltages in all windings. The measurements are then processed to extract an inductance matrix for each rotor position. It is demonstrated that the results of this identification method are superior to those obtained with a finite element-based identification. Therefore, this method allows for the creation of a digital twin that faithfully reproduces the machine's waveform.

The synchronous machine is one of the critical components of electric power systems. Modeling of synchronous machines is essential for power systems analyses. Electric machines are often interfaced with power electronic components. This work presents an advanced synchronous machine modeling, which emphasis on the modeling and simulation of systems that contain a mixture of synchronous machines and power electronic components. Such systems can be found in electric drive systems, dc power systems, renewable energy, and conventional synchronous machine excitation. Numerous models and formulations have been used to study synchronous machines in different applications. Herein, a unified derivation of the various model formulations, which support direct interface to external circuitry in a variety of scenarios, is presented. Selection of the formulation with the most suitable interface for the simulation scenario has better accuracy, fewer time steps, and less run time. Brushless excitation systems are widely used for synchronous machines. As a critical part of the system, rotating rectifiers have a significant impact on the system behavior. This work presents a numerical average-value model (AVM) for rotating rectifiers in brushless excitation systems, where the essential numerical functions are extracted from the detailed simulations and vary depending on the loading conditions. The proposed AVM can provide accurate simulations in both transient and steady states with fewer time steps and less run time compared with detailed models of such systems and that the proposed AVM can be combined with AVM models of other rectifiers in the system to reduce the overall computational cost. Furthermore, this work proposes an alternative formulation of numerical AVMs of machine-rectifier systems, which makes direct use of the natural dynamic impedance of the rectifier without introducing low-frequency approximations or algebraic loops. By using this formulation, a direct interface of the AVM is achieved with inductive circuitry on both the ac and dc sides allowing traditional voltage-in, current-out formulations of the circuitry on these sides to be used with the proposed formulation directly. This numerical AVM formulation is validated against an experimentally validated detailed model and compared with previous AVM formulations. It is demonstrated that the proposed AVM formulation accurately predicts the system's low-frequency behavior during both steady and transient states, including in cases where previous AVM formulations cannot predict accurate results. Both run times and numbers of time steps needed by the proposed AVM formulation are comparable to those of existing AVM formulations and significantly decreased compared with the detailed model.