This thesis deals with the modelling, simulation and control of Permanent Magnet Synchronous Machines (PMSM) used specially in electric and hybrid vehicles. With the availability of fast semiconductor switches and high speed processors, Vector controlled drives are gaining popularity. One disadvantage of this type of control however, is the need for high cost, high resolution sensors (encoders) for determining the rotor position. Position sensorless schemes have evolved over a decade and this thesis addresses this issue. Two schemes have been proposed for the elimination of encoders in vector controlled drives. One is a semi-sensored scheme wherein a combination of low cost hall sensors and a digital position estimator gives the position information. In the second scheme, a reduced order observer called Luenbuerger observer has been used to estimate speed and rotor angle. The problem of finding rotor angle at standstill has also been dealt with. This thesis also discusses the difference in simulating a BLDC (Brushless DC) and PMSM machine. An experimental set-up consisting of MOSFET inverter and TMS320LF2407 DSP based digital controller was developed in the laboratory to implement the control algorithms. Two PMSM machines were procured from a two-wheeler manufacturer to set up the rig. Simulations were done in MATLAB/ Simulink (Off-line) and Xilinx XC3S400 (in real-time) to verify the concepts. Simulation and experimental results are finally compared.

Cette thèse est dédiée à la conception de machines moléculaires pH-sensibles inédites de type muscles et nœuds moléculaires. Le premier muscle moléculaire pH-sensible a été synthétisé de manière très directe, et publié en 2008, en utilisant une stratégie en deux étapes: 1) fermeture des axes encapsulés par cycloaddition 1,3-dipolaire de type Huisgen catalysée par le cuivre (I), 2) méthylation des triazoles formés en triazoliums, capables d'être reconnus par les macrocycles DB24C8. Deux états étirés ou contractés, déclenchés par simple variation de pH, permettent le contrôle de l'orientation et de la distance entre les deux « stoppeurs » glucidiques non reliés de manière covalente. Des stations pyridiniums amides mono ou disubstitués inédites ont également été utilisées pour la synthèse de muscles moléculaires de plus large amplitude à effets co-conformationnels induits. Lors de la contraction du muscle par carbamoylation des ammoniums, la différence de localisation des macrocycles autour des stations pyridiniums amides, dépendante de la substitution des amides, engendre deux effets très différents : rôle de frein moléculaire de la DB24C8 ou basculement conformationnel impressionnant des chaises des mannopyranoses. Une étude méthodologique a été menée afin de classer les stations moléculaires rencontrées dans ce manuscrit, selon leurs affinités respectives pour la DB24C8, et a conduit à la conception d'un muscle moléculaire oscillant dont l'état varie continuellement entre contracté et semi-contracté en fonction de la température et de la nature du solvant. Enfin, différentes stratégies de synthèse ont été explorées pour obtenir des nœuds moléculaires inédits en forme de double lasso par cyclisation de synthons dimères de rotaxanes. Un double lasso dont la vitesse de rotation et la taille de la cavité peuvent être modulées en fonction du pH a ainsi été obtenu. / This thesis is devoted to the synthesis of pH-sensitive molecular muscles and knots. The first molecular muscle has been readily synthesized and published in 2008, using a two-step strategy: 1) end-capping of the interlocked axles by copper(I)-catalyzed Huisgen alkyne-azide 1,3-dipolar cycloaddition, 2) methylation of triazoles to triazoliums, which are able to interact with the macrocycle DB24C8. Two stretched and contracted states, triggered by variation of pH, allow the control of the distance and of the orientation of the two glucidic ends, which are not covalently linked. Novel mono- and disubstituted pyridinium amide stations have been used for the synthesis of large-amplitude molecular muscles, whose translation of the macrocycles trigger a second co-conformational induced effect. In fact, upon contraction of the molecular muscle, using carbamoylation of the ammoniums, the slight different localizations of the macrocycles around the pyridinium amides (depending on their mono- or disubstitution) trigger two very different effects. The first one is a molecular break played by the DB24C8, whereas the second one is a flipping of the chair-like conformation of the mannopyranosyl ends. A methodologic study was then carried out with the aim to determine the relative affinity of the new described molecular stations for the DB24C8, and led to the synthesis of a molecular muscle which oscillates from the contracted to the semi-contracted co-conformation, depending on solvent and temperature. Eventually, different routes to very new double-lasso molecular knots were investigated from a molecular muscle building-block. One molecular knotted machine has been obtained, and has a double-lasso structure, whose rotation and size of its cavity can both been modulated by variation of pH.

Le développement d’avions plus électriques se traduit par une plus grande utilisation d'actionneurs électriques qui remplacent des systèmes hydrauliques et pneumatiques existants ou répondent à de nouveaux besoins. La distribution de l'énergie à bord est basée sur un réseau continu 540V connecté à des convertisseurs électroniques de puissance. Les composants électroniques de puissance à grands gaps (SiC, GaN) améliorent les performances des convertisseurs mais les fronts de tension très raides sont imposés aux bobinages des actionneurs électriques. Chaque front excite un régime transitoire comportant une surtension importante et donc des champs électriques intenses dans l’isolation inter-spires des bobines. Lorsque cette contrainte électrique répétitive dépasse le seuil d'apparition des décharges partielles (PDIV), la durée de vie des couches organiques qui isolent les spires est fortement réduite. L'étude détaillée des décharges partielles (DP) dans l'espace qui sépare les fils émaillés des bobinages permet de situer les zones dans lesquelles les DP se produisent. Elle montre que le thermocollage, avec des surépaisseurs adaptées de thermocolle, permet d'élever le PDIV au-delà des pointes répétitives de tension pour les actionneurs qui fonctionnent dans les parties pressurisées des avions. Des solutions ordonnées de bobinages ont été expérimentées sur des bobines cylindriques imprégnées. Cette analyse montre que l'imprégnation augmente légèrement le PDIV de l'isolation inter-spires dans des proportions qui ne correspondent pas totalement aux caractéristiques intrinsèques du vernis utilisé. Par conséquent, les bobines imprégnées doivent être conçues sur la base des performances de l'isolation primaire du fil émaillé. L’arrangement des spires dans une bobine ordonnée permet de répartir les contraintes et donc de concevoir des bobines qui résistent aux pointes de tension répétitives imposées par l'onduleur aux basses pressions correspondant aux zones non pressurisées d'un avion en vol. Un modèle, basé sur un schéma équivalent HF prenant en considération les deux premières résonances des bobines élémentaires, permet d'analyser la répartition des contraintes entre les bobines connectées en série d'une phase. / The More Electric Aircraft development is reflected by a bigger use of the electrical actuators, which replace the hydraulic or pneumatic system existing or they can also answer to new needs. The energy distribution on board is based on a high voltage continuous bus of 540V connected to electrical power converter. The electric power wide band gap components (SiC, GaN) improve the converters performances but very steep of voltage edge is imposed on the windings of the electric actuators. Each edge excites a transitory regime including an important surge which corresponds to intense electric fields in the inter-turns insulation of coils. When this repetitive electrical constraint exceeds the partial discharges inception voltage (PDIV), the life time of the organic layer between the turns is strongly reduced. The detailed study of the partial discharges (PD) in the area which separate the enamel wire of the windings allows to locate the area where the PD appears. The use of thermo-bonding, with a bonding thickness adapted, allows to raise PDIV beyond the repetitive edge of voltage for the actuators which work in the pressurized parts of the planes. The orderly windings solutions were tested on impregnated cylindrical coils. This analysis shows that the impregnation increases slightly the PDIV from the inter-turns insulation in proportions that do not totally correspond to the intrinsic characteristics of the used varnish. Therefore, the impregnated coils must be conceived on the basis of the primary insulation performance of the enamelled wire. The turn’s arrangement in an orderly coil allows to distribute the constraints and so to conceive the windings which can resist the compulsory repetitive of voltage spikes by the inverter in low pressures corresponding to not pressurized zones in a plane during the flight. A model, based on HF equivalent schema taking in consideration the first two resonances of the elementary coils, allows to analyse the constraints distribution between the coils connected in series of a machine phase.

Le défi du BigData entraîne un besoin pour les algorithmes d'apprentissage automatisé de s'adapter aux données de grande dimension et de devenir plus efficace. Récemment, une nouvelle direction de recherche est apparue qui consiste à analyser les méthodes d’apprentissage dans le régime moderne où le nombre n et la dimension p des données sont grands et du même ordre. Par rapport au régime conventionnel où n>>p, le régime avec n,p sont grands et comparables est particulièrement intéressant, car les performances d’apprentissage dans ce régime restent sensibles à l’ajustement des hyperparamètres, ouvrant ainsi une voie à la compréhension et à l’amélioration des techniques d’apprentissage pour ces données de grande dimension.L'approche technique de cette thèse s'appuie sur des outils avancés de statistiques de grande dimension, nous permettant de mener des analyses allant au-delà de l'état de l’art. La première partie de la thèse est consacrée à l'étude de l'apprentissage semi-supervisé sur des grandes données. Motivés par nos résultats théoriques, nous proposons une alternative supérieure à la méthode semi-supervisée de régularisation laplacienne. Les méthodes avec solutions implicites, comme les SVMs et la régression logistique, sont ensuite étudiées sous des modèles de mélanges réalistes, fournissant des détails exhaustifs sur le mécanisme d'apprentissage. Plusieurs conséquences importantes sont ainsi révélées, dont certaines sont même en contradiction avec la croyance commune. / The BigData challenge induces a need for machine learning algorithms to evolve towards large dimensional and more efficient learning engines. Recently, a new direction of research has emerged that consists in analyzing learning methods in the modern regime where the number n and the dimension p of data samples are commensurately large. Compared to the conventional regime where n>>p, the regime with large and comparable n,p is particularly interesting as the learning performance in this regime remains sensitive to the tuning of hyperparameters, thus opening a path into the understanding and improvement of learning techniques for large dimensional datasets.The technical approach employed in this thesis draws on several advanced tools of high dimensional statistics, allowing us to conduct more elaborate analyses beyond the state of the art. The first part of this dissertation is devoted to the study of semi-supervised learning on high dimensional data. Motivated by our theoretical findings, we propose a superior alternative to the standard semi-supervised method of Laplacian regularization. The methods involving implicit optimizations, such as SVMs and logistic regression, are next investigated under realistic mixture models, providing exhaustive details on the learning mechanism. Several important consequences are thus revealed, some of which are even in contradiction with common belief.

Une machine électrique utilisée pour un entraînement à vitesse variable est généralement alimentée par un convertisseur statique dont les composants électroniques de puissance commutent extrêmement rapidement. De ce fait, chaque enroulement statorique de la machine est soumis à des fronts raides de tension dont la répartition sur les différentes spires qui le constituent dépend notamment des capacités parasites entre spires ou entre spires et carcasse. Des zones locales de fort champ électrique apparaissent dans le bobinage conduisant souvent la création d'une activité de décharges partielles. Ce travail de thèse a pour but de fournir des informations quantifiées et précises quant aux risques encourus lorsque divers paramètres liés à l'alimentation de la machine et la topologie du bobinage varient permettant de contribuer à acquérir une expertise vis à vis des problèmes liés à l’apparition de décharges partielles au sein des bobinages, et à en déduire des règles de conception. / Electrical machine used in variable speed drives are usually fed by a converter using fast switching power electronics devices. Thus, each stator winding of the machine is subjected to steep-fronted voltage pulses whose distribution over its various turns depends on the parasitic capacitances between turns or between turns and slot walls. Therefore, local areas of high electric field appear within the coil, often resulting in partial discharges activity. This thesis aims to provide accurate and quantified information regarding partial discharge inception when various parameters related to the machine power supply and winding topology so as to help develop expertise with respect to problems related to partial discharges, as well as to deduce machine design rules in this regard.

Insulating sheets, impregnants and encapsulation materials commonly used for winding insulation offer low thermal conductivities. This leads to an increased heating of the winding of electrical machines and to the existence of hotspots. The electromagnetical utilization of the machine has to be reduced with respect to the allowed maximum winding temperature. In this paper, the development and experimental investigation of novel polysiloxane composites with ceramic fillers are presented. The materials are tested by means of impregnated and encapsulated samples of a round-wire winding as well as the main insulation of electrical steel sheets and laminated cores. Numerical models are implemented for determining the equivalent thermal conductivity of the winding compound comprising the enameled wire and the impregnant. Based on the example of a permanent-magnet synchronous machine with outer-rotor in modular construction, the potential for increasing the electromagnetical utilization is shown.

Cette thèse s’intéresse à l’analyse de structures de machines électriques non conventionnelles destinées à la production d’électricité par des groupes électrogènes. Les topologies recherchées doivent utiliser moins de matières actives et/ou simplifier la procédure de fabrication par rapport aux machines actuelles.Une des structures est dédiée au système d’excitation de la machine. Elle possède un stator à griffes avec un bobinage toroïdal. Son dimensionnement est réalisé à l’aide d’un modèle de calcul par éléments finis en 3D, qui a été validé expérimentalement. Cette structure permet d’obtenir une réduction significative de la quantité de cuivre dans le bobinage.Les deux autres structures traitées concernent l’alternateur principal. Une machine synchro-réluctante à barrières deflux et à rotor bobiné a été proposée. L’objectif est d’augmenter la densité de couple grâce au couple de saillance. Elle est dimensionnée et comparée avec la structure conventionnelle. Ce cas met en évidence les limitations des structures proches de la structure actuelle.La dernière structure est une nouvelle topologie de machine électrique. Elle combine les caractéristiques des machines à flux axial et des machines à griffes, permettant de simplifier le système d’excitation. Une approche de modélisation originale a été développée pour l’analyse de cette topologie 3D en vue de son dimensionnement par optimisation. Le système d’excitation a un rôle important dans les performances de cette machine.Cette thèse constate aussi que l’évolution future des matériaux magnétiques pourrait tirer meilleur profit des structures non-conventionnelles avec des trajets de flux tridimensionnels. / The PhD project aims to analyse nonconventional structures of electric machines for electric power generation with diesel gensets. The researched topologies should use less active materials and/or simplify the manufacturing process compared to today’s machines.One of the structures is intended for the excitation system of the electric machine. It is composed of a claw-pole stator and a toroidal winding. It is designed using a 3D Finite Element model, previously validated by a prototype. This structure allows a significant reduction of the quantity of copper of the field winding.The other two structures under study are proposed for the main generator. A synchronous-reluctance machine with flux-barriers and a field winding in the rotor is analysed. The objective is to increase the torque density by increasing the reluctance torque. The designed machine is compared to the conventional structure. This case shows the limitations of structures similar to the current structure.The last structure is a new topology of electric machine. It combines the characteristics of claw-pole machines andaxial-flux machines. An original modelling approach is developed to analyse this 3D structure for its design based on an optimization algorithm. The study shows that the excitation system has a key role in its performances.This work also notes that the future evolution of magnetic materials should benefit the use of non-conventional structures with 3D flux paths.

Der ständig steigende Bedarf an Lebensmitteln und Getränken insbesondere in Schwellenländern wie China, Indien und Brasilien fordert von der Verpackungsindustrie eine Leistungssteigerung in gleichem Maße. Um den Durchsatz einer einzelnen Verpackungs- und Füllmaschine unter Beibehaltung von Verpackungsqualität und -form zu steigern, gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten. Die eine Verbreiterung der Maschine nach sich ziehende Erhöhung der Anzahl der gleichzeitig bearbeiteten Verpackungen, sowie die weitestgehend bauraumneutrale Verringerung der Taktzeit. Letzteres wurde von der SIG Combibloc Systems GmbH, einem der weltweit führenden Systemanbieter von Packstoff und entsprechenden Füllmaschinen für Getränke und Lebensmittel, für eines ihrer Verpackungssysteme in Angriff genommen. Ziel war die Erhöhung des Durchsatzes um 50 % von 24.000 auf 36.000 Verpackungen pro Stunde. [... aus der Einleitung]

Product similarity matching for food retail is studied in this thesis. The goal is to find products that are similar but not necessarily of the same brand which can be used as a replacement product for a product that is out of stock or does not exist in a specific store. The aim of the thesis is to examine which machine learning model that is best suited to perform the product similarity matching. The product data used for training the models were name, description, nutrients, weight and filters (labels, for example organic). Product similarity matching was performed pairwise and the similarity between the products was measured by jaccard distance for text attributes and relative difference for numeric values. Random Forest, Logistic Regression and Support Vector Machines were tested and compared to a baseline. The baseline computed the jaccard distance for the product names and did the classification based on a threshold value of the jaccard distance. The result was measured by accuracy, F-measure and AUC score. Random Forest performed best in terms of all evaluation metrics and Logistic Regression, Random Forest and Support Vector Machines all performed better than the baseline. / I den här rapporten studeras produktliknande matchning för livsmedel. Målet är att hitta produkter som är liknande men inte nödvändigtvis har samma märke som kan vara en ersättningsprodukt till en produkt som är slutsåld eller inte säljs i en specifik affär. Syftet med den här rapporten är att undersöka vilken maskininlärningsmodel som är bäst lämpad för att göra produktliknande matchning. Produktdatan som användes för att träna modellerna var namn, beskrivning, näringsvärden, vikt och märkning (exempelvis ekologisk). Produktmatchningen gjordes parvis och likhet mellan produkterna beräknades genom jaccard index för textattribut och relativ differens för numeriska värden. Random Forest, logistisk regression och Support Vector Machines testades och jämfördes mot en baslinje. I baslinjen räknades jaccard index ut enbart för produkternas namn och klassificeringen gjordes genom att använda ett tröskelvärde för jaccard indexet. Resultatet mättes genom noggrannhet, F-measure och AUC. Random Forest presterade bäst sett till alla prestationsmått och logistisk regression, Random Forest och Support Vector Machines gav alla bättre resultat än baslinjen.

Modern aircraft, military and commercial, rely extensively on hydraulic systems. However, there is great interest in the avionics community to replace hydraulic systems with electric systems. There are physical challenges to replacing hydraulic actuators with electromechanical actuators (EMAs), especially for flight control surface actuation. These include dynamic heat generation and power management. Simulation is seen as a powerful tool in making the transition to all-electric aircraft by predicting the dynamic heat generated and the power flow in the EMA. Chapter 2 of this dissertation describes the nonlinear, lumped-element, integrated modeling of a permanent magnet (PM) motor used in an EMA. This model is capable of representing transient dynamics of an EMA, mechanically, electrically, and thermally. Inductance is a primary parameter that links the electrical and mechanical domains and, therefore, is of critical importance to the modeling of the whole EMA. In the dynamic mode of operation of an EMA, the inductances are quite nonlinear. Chapter 3 details the careful analysis of the inductances from finite element software and the mathematical modeling of these inductances for use in the overall EMA model. Chapter 4 covers the design and verification of a nonlinear, transient simulation model of a two-step synchronous generator with three-phase rectifiers. Simulation results are shown