No d'ordre Annee

Regis Ruelland

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
No d'ordre : 1905 Annee 2002 THESE presentee pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Specialite : Genie Electrique par Regis RUELLAND Ingenieur de l'Ecole Nationale Superieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique et des Telecommunications DEA Genie Electrique de l'INPT Apport de la co-simulation dans la conception de l'architecture des dispositifs de commande numerique pour les systemes electriques soutenue le 27 septembre 2002 devant le jury compose de : M. Jean-Paul Hautier President et Rapporteur M. Jean-Paul Calvez Rapporteur M. Alain Lacarnoy Examinateur M. Thierry Meynard Examinateur M. Guillaume Gateau Codirecteur M. Jean-Claude Hapiot Directeur de these These preparee au Laboratoire d'Electrotechnique et d'Electronique Industrielle de l'ENSEEIHT UMR CNRS No 5828

• co-simulation


• conception des dispositifs de commande


• integration numerique d'algorithme de controle


• systemes electriques


• resultats experimentaux concernant l'implantation

Sujets

• Gâteau

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Nombre de lectures: 123
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

oN d’ordre : 1905 Annee 2002
THESE
presentee
pour obtenir le titre de
DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
Specialite : Genie Electrique
par
Regis RUELLAND
Ingenieur de l’Ecole Nationale Superieure d’Electrotechnique, d’Electronique, d’Informatique
et des Telecommunications
DEA Genie Electrique de l’INPT
Apport de la co-simulation
dans la conception de l’architecture
des dispositifs de commande numerique
pour les systemes electriques
soutenue le 27 septembre 2002 devant le jury compose de :
M. Jean-Paul Hautier President et Rapporteur
M.aul Calvez Rapporteur
M. Alain Lacarnoy Examinateur
M. Thierry Meynard
M. Guillaume Gateau Codirecteur
M. Jean-Claude Hapiot Directeur de these
These preparee au Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique Industrielle de l’ENSEEIHT
oUMR CNRS N 5828A Mes ParentsApport de la co-simulation dans la conception de l’architecture
des dispositifs de commande numerique
pour les systemes electriques
Mots clefs
Co-simulation
Systemes electriques
Architecture de commande numerique
Integration numerique d’algorithme de contr^ ole
Electronique de puissance
fpga
Resume
Ce travail est issu d’un constat concernant l’Adequation entre les contraintes as-
sociees aux Algorithmes de commande et l’Architecture d’un dispositif de commande
3numerique (A ). En e et, les contraintes temporelles et fonctionnelles de ces algorithmes
se repercutent sur les choix architecturaux du dispositif. La repartition des t^aches entre
les parties\c^ablees"(composants logiques programmables) et les parties\programmees"
(utilisation de microprocesseurs) ne peut plus se faire a priori etant donne les evolutions
technologiques dans le domaine des composants numeriques.
La premiere partie de ce memoire est consacree a la presentation et a l’analyse des
t^aches potentielles d’un dispositif de commande dedie aux systemes electriques avec
leurs contraintes fonctionnelles et temporelles. Dans un second temps, une synthese
sur le co-design, theme de recherche dans le domaine de l’electronique numerique, est
developpee a n de presenter di erentes voies de recherche sur les outils d’aide a la
conception des dispositifs de commande.
Dans la deuxieme partie, un outil potentiel, nomme \co-simulation", est etudie a n
d’en determiner l’inter^et et les limites. Les di erentes composantes necessaires a la mise
en place d’un environnement de co-simulation sont presentees et developpees au travers
d’exemples d’applications.
Une partie de l’environnement de co-simulation est ensuite exploitee dans la troi-
sieme section a n d’etudier di erentes solutions pour l’implantation d’observateurs de-
dies aux convertisseurs multicellulaires series. Des resultats experimentaux concernant
l’implantation d’un emulateur temps reel du convertisseur viennent en n con rmer la
validite de l’environnement de co-simulation que nous avons realise. La derniere partie
est reservee a la synthese du travail ainsi qu’aux conclusions et perspectives
vThe co-simulation contribution in the architecture design of the digital
control devices dedicated to electrical systems
Keywords
Co-simulation
Electrical systems
Architecture of digital control
Power electronics
digital design of control laws
FPGA
Abstract
This work results from a report about the lack of adequacy between the constraints
of the control algorithms and the architecture of a control device. The timing and func-
tional constraints of an algorithm has some consequences in the architectural choices
of the control device. According to the technological progress in the electronic com-
ponents, we cannot make the tasks distribution between the hardware part and the
software part any more whithout particular analysis.
The rst part is dedicated to the introduction and the analysis of the main potential
tasks which can be implanted on a control device for the electrical systems with their
timing and functional constraints. Then, a synthesis about co-design which is a subject
of research in the electronic domain is made. This synthesis introduces various ways of
research on tools of aided to the design of control devices.
In a second part, one of a possible tool is studied in order to show the interest
and its limits. The di eren t components used to build a co-simulation environment are
presented and developped with some examples.
In a third part, co-simulation elements are used to study various solutions on the
implantation of particular observers. These observers are dedicated to a four level mul-
ticell converter. Some experimental results about an emulator of the multicell converter
(which is a part of the observers) are shown and allow to validate the co-simulation
environment built. The last part is dedicated to the synthesis of the work and to the
conclusions and perspectives.
viiAvant Propos
e travail presente dans ce memoire a ete e ectu e au Laboratoire d’Electrotech-
nique et d’Electronique Industrielle (l.e.e.i.), Unite Mixte de Recherche n 5828,
L au sein de l’Ecole Nationale Superieure d’Electrotechnique, d’Electronique, d’In-
formatique, d’Hydraulique et des Telecommunications (e.n.s.e.e.i.h.t.).
Au terme de ces trois annees et demi de recherche enrichissantes, je tiens a remer-
cier toutes celles et tous ceux qui ont contribue a l’aboutissement de ce travail et en
particulier :
{ Monsieur J.P. Hautier, Directeur du Laboratoire d’Electrotechnique et d’Elec-
tronique de Puissance de Lille et Professeur au centre ensam de Lille, pour
m’avoir fait l’honneur d’accepter la presidence de mon jury de these, mais aussi
pour avoir accepte d’^etre rapporteur de ce memoire et pour l’inter^et qu’il a porte
sur ce travail.
{ Monsieur J.P. Calvez, Professeur a l’Ecole polytechnique de Nantes, et respon-
sable du groupe de recherche mcse, pour avoir accepte d’^etre rapporteur de ce
memoire, pour l’inter^et qu’il a porte sur ce travail, et pour son regard et ses re-
marques pertinentes en tant que specialiste du Co-design.
{ Monsieur Alain Lacarnoy, Ingenieur de Recherche au sein de la societe Schnei-
der Electric a Grenoble, pour avoir accepte de faire partie de notre jury de these,
et pour le regard industriel qu’il a porte sur ce travail.
{ Monsieur Maurice Fadel, responsable du groupe Commande et Diagnostic des
Systemes Electriques, pour m’avoir acceuilli au sein de son equipe de recherche.
{ Monsieur Yvon Cheron, Directeur du l.e.e.i., pour m’avoir accueilli au sein de
son laboratoire.
{ Monsieur Thierry Meynard, Directeur de recherches au cnrs, pour avoir accepte
de participer au jury de these, mais aussi pour nous avoir permis d’utiliser les
outils de co-simulation sur une application aussi interessante que l’observation
des multicellulaires. En esperant que ces travaux trouveront une continuite et
porteront leurs fruits...Pour son aide, sa gentillesse et m’avoir fait decouvrir les
joies de la moto.
{ Monsieur J.C. Hapiot, Professeur a l’e.n.s.e.e.i.h.t., pour avoir accepte d’^etre
directeur de cette these. Pour son soutien perpetuel et sa con ance malgre les
moments de doute, pour ses conseils et la liberte d’action qu’il m’a o ert. Je le
remercie aussi pour sa disponibilite et son aide precieuse, notamment lors de la
redaction de ce manuscrit.
{ Monsieur G. Gateau, Ma^ tre de Conference a l’e.n.s.e.e.i.h.t., pour avoir ac-
cepte la di cile t^ache d’^etre codirecteur de these, pour ses encouragements et
son positivisme. Qu’il trouve dans ce memoire ma profonde gratitude pour son
aide inestimable et ses conseils eclaires. Qu’il sache que j’ai enormement apprecie
travailler a ses c^otes pour faire avance le \Schmilblik"...
ixJ’aimerais aussi remercier les gens avec qui j’ai eu le plaisir de collaborer durant ces
trois annees au laboratoire :
{ Monsieur Bruno Dagues, Ma^ tre de Conference a l’e.n.s.e.e.i.h.t., de m’avoir
accueilli au sein de l’equipe d’enseignants travaillant sur la plate-forme des Tra-
vaux Pratiques d’Automatique, mais aussi pour m’avoir encourage a la n de mon
d.e.a.
{ Messieurs Stephane Caux et Bruno Sareni, tous deux Ma^ tres de Conference
a l’e.n.s.e.e.i.h.t., mes deux comperes en salle de Travaux Pratiques, pour leur
grande disponibilite, leurs conseils sur l’automatique.
Je tiens aussi a remercier tout le personnel du l.e.e.i. et plus particulierement
mesdames Escaig, Bodden, Schawrz et Pionnie pour leur aide administrative et leur ef-
cacit e. Je remercie aussi Fatima Mebrek et Christelle Charron pour leurs disponibilite
et leurs gentillesse.
Merci au \ciel" nomme plus communement Jean Hector, Jacques Bena oun et Phil-
lipe Azema, administrateurs des reseaux unix et nt pour avoir repondu present en
intervenant lorsqu’un probleme informatique nous barrait le chemin.
J’adresse egalement mes remerciements a tous les thesards et stagiaires du leei,
qui, a leur maniere, ont contribue a l’aboutissement de ce travail. Je citerais particulie-
rement :
{ Le radeau de Garona 99, The Team :
{ Cyrille Bas (pour les barbecues sur ton balcon), Yann Fefermann (toujours l a
quand il faut), Elie Lefeuvre (c’est Mac Gyver), Christophe Turpin (il ne dort
jamais...), Thanate Khaorapapong (notre sculpteur sur polystyrene), Chris-
tophe, Sid-Ali Randi (la physique, la physique,...).
{ Vince