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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
N° d'ordre : 2066 Année 2003 THESE présentée pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONALE POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Ecole doctorale : Génie Electrique , Electronique et Télécommunications Spécialité : Génie Electrique Par Jérémi REGNIER Ingénieur ENSEEIHT DEA Génie Electrique Conception de systèmes hétérogènes en Génie Électrique par optimisation évolutionnaire multicritère Soutenue le 18 Décembre 2003 devant le jury composé de : MM. B. MULTON Rapporteur P. SIARRY Rapporteur X. ROBOAM Directeur de thèse B. SARENI Co-encadrant M. SCHOENAUER Examinateur L. KRÄHENBÜHL Examinateur - Président E. FOCH Invité Thèse préparée au Laboratoire d'Electrotechnique et d'Electronique Industrielle de l'ENSEEIHT Unité mixte de recherche CNRS N°5828

  • optimisation multiobjective methods

  • global design oriented

  • conception optimale

  • optimum global

  • conception de systèmes hétérogènes en génie électrique par optimisation


Publié le : mardi 19 juin 2012
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Source : ethesis.inp-toulouse.fr
Nombre de pages : 88
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N° d’ordre : 2066 Année 2003

THESE

présentée
pour obtenir le titre de

DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONALE POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE

Ecole doctorale : Génie Electrique , Electronique et Télécommunications
Spécialité : Génie Electrique

Par

Jérémi REGNIER

Ingénieur ENSEEIHT
DEA Génie Electrique



Conception de systèmes hétérogènes
en Génie Électrique par optimisation
évolutionnaire multicritère



Soutenue le 18 Décembre 2003 devant le jury composé de :

MM. B. MULTON Rapporteur
P. SIARRY Rapporteur X. ROBOAM Directeur de thèse
B. SARENI Co-encadrant M.SCHOENAUER Examinateur
L. KRÄHENBÜHL Examinateur - Président
E. FOCH Invité

Thèse préparée au Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique Industrielle de l’ENSEEIHT
Unité mixte de recherche CNRS N°5828 Conception de systèmes hétérogènes
en Génie Électrique par optimisation
évolutionnaire multicritère


RESUME

Le dimensionnement et l’optimisation d’un système hétérogène en Génie Électrique nécessite
d’adopter une démarche globale de la conception aussi appelée « approche système ». En effet,
même s’il possible, localement, de garantir le dimensionnement optimal des composantes d’un
système, rien ne garantit que le système considéré dans sa globalité possède des performances
optimales : la somme des optima locaux n’est pas forcément l’optimum global. La présence
d’interactions entre les différents sous-systèmes couple fortement les éléments entre eux et seule
l’optimisation globale des performances vis-à-vis de multiples critères permet d’assurer le
comportement optimal de l’ensemble.

Les travaux réalisés dans cette thèse concernent l’étude de méthodes évolutionnaires de type
algorithmes génétiques multicritères appliquées à la conception optimale.

Les spécificités et les performances des méthodes multicritères, ainsi que leur association aux
algorithmes génétiques, sont présentées dans le but de justifier leur emploi pour notre
problématique. Afin d’améliorer la robustesse de ces méthodes, nous proposons une procédure
d’auto-adaptation destinée à favoriser les opérateurs de recombinaisons les plus efficaces sur un
problème donné. Nous proposons également de résoudre plusieurs problèmes de conception.
Nous étudierons notamment une chaîne de traction de type véhicule électrique. Ce système
possède des propriétés intéressantes relatives à son caractère pluridisciplinaire et à la complexité
des interactions engendrées par l’association des différents sous-systèmes qui le composent.

A travers l’analyse et l’exploitation des résultats d’optimisation, nous montrons, de par la
richesse des résultats qu’elles fournissent et leur capacité à traiter des problèmes mixtes
(variables continues et/ou discrètes), contraints et à grand nombre de paramètres, l’efficacité de
ces méthodes dans le contexte d’une approche de conception et d’analyse systémique.
MOTS-CLES

Conception optimale Optimisation
Approche système Méthodes multicritères
Couplages Méthodes évolutionnaires
Modélisation systémique Algorithmes génétiques

DESIGN OF HETEROGENEOUS SYSTEMS IN
ELECTRICAL ENGINEERING BY MEANS OF
MULTIOBJECTIVE EVOLUTIONARY
OPTIMISATION




ABSTRACT

In electrical engineering, designing a heterogeneous system must be processed by means of a
global approach, also called “systemic approach”. Indeed, the existence of interactions between
the different sub-systems and the multi-field nature the device strongly influence the system
performances. The optimisation of the whole system with regard to several objectives has to be
achieved by including all these couplings.

The work done in this thesis deals with multiobjective evolutionary optimisation applied to the
optimal design.

Optimisation issues resulting of this process are complex. For that purpose, multiobjective Pareto
evolutionary algorithms have been chosen. To select genetic operators, we have developed a
self-adaptation which increases the exploration robustness. Through the design of several
electrical engineering systems (example of an electrical vehicle,…), global design oriented
models have been proposed from which algorithms are used to seek the best trade-offs versus
optimisation criteria (losses, mass,…).

Exploiting optimisation results shows that this process constitutes a very efficient design tool if
performance and coupling analysis issues are concerned.



KEY-WORDS

Optimal design Optimisation
System approach Multiobjective methods
Couplings Evolutionary methods
System modelling Genetic algorithms


Avant propos



Le présent travail a été effectué au sein du Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électronique
Industrielle (L.E.E.I) de l’École Nationale Supérieure d’Électronique, d’Électrotechnique,
d’Informatique, d’Hydraulique et des Télécommunications (E.N.S.E.E.I.H.T, INP-
TOULOUSE). Je remercie donc Monsieur Yvon CHERON, Directeur du LEEI, de m’avoir
accueilli au sein de son Laboratoire.

Je tiens sincèrement à remercier les personnes qui ont accepté d’être membre de mon jury de
thèse :

- Monsieur Laurent KRÄHENBÜHL, Directeur de recherche CNRS au Laboratoire
GEGELY de l’École Centrale de Lyon, pour nous avoir fait l’honneur d’accepter la fonction de
Président du Jury.
- Monsieur Bernard MULTON, Professeur des Universités au Laboratoire SATIE de l’École
Normale Supérieure de Cachan, pour l’intérêt qu’il a porté à mes travaux en acceptant d’en être
rapporteur.
- Monsieur Patrick SIARRY, Professeur des Universités au Laboratoire LERISS de
l’Université PARIS 12, pour s’être intéressé à ces recherches en tant que second rapporteur.
- Monsieur Marc SCHOENAUER, Directeur de Recherche à l’INRIA de Roquencourt pour
sa participation au Jury en tant que spécialiste des méthodes évolutionnaires.
- Monsieur Etienne FOCH, du Bureau d’Étude Électricité d’AIRBUS à Toulouse, pour sa
participation au Jury en tant qu’industriel.

Les remerciements suivants sont adressés à mes deux encadrants, Messieurs Xavier ROBOAM,
Chargé de recherche CNRS au LEEI et Bruno SARENI, Maître de Conférence au LEEI.

Merci Xavier pour toute la confiance et la liberté que tu m’as accordé en recherche pendant ces
trois années où nous avons travaillé ensemble. Elles ont été pour moi une grande source de
motivation. J’ai beaucoup apprécié les rapports francs et sincères que nous avons eus et faire
partie de ton équipe de recherche fut un réel plaisir. J’ai pu, en partie grâce à toi, réellement
goûter au métier de chercheur.

Merci Bruno pour ta gentillesse, ta disponibilité et pour t’être tant investi dans ce travail. Sans
tes compétences en optimisation, tes conseils lors de la rédaction d’articles et ton aide précieuse
lors de la rédaction de la thèse, ce travail n’aurait pas été ce qu’il est. J’espère que notre travail
commun t’auras apporté autant que ce qu’il m’a apporté. J’ai pris grand plaisir à travailler avec
toi et j’espère que notre collaboration ne s’arrêtera pas là.



Mon travail au LEEI ne s’est pas cantonné à un travail de recherche. Suite à mes activités
d’enseignement, je tiens à remercier toute l’équipe pédagogique du Département Génie
Électrique pour la bonne ambiance dans laquelle j’ai évolué. Dans ce contexte, je remercie plus
particulièrement :

- Monsieur Marcel GRANDPIERRE, qui a assuré la fonction de « Tuteur Pédagogique »
pendant tout le durée de mon monitorat. Merci pour la confiance que vous m’avez accordé et
pour les responsabilités que vous m’avez donné. Elles m’ont permis de réellement m’investir
dans la vie pédagogique de l’établissement et de me sentir membre à part entière de l’équipe
pédagogique.

- Messieurs Guillaume GATEAU et Jean-Claude HAPIOT pour leur aide précieuse lors de la
mise en place de la manipulation de Travaux Pratique utilisant leur « petit robot ». Merci de
m’avoir associé à ce projet et de m’avoir permis de profiter de vos compétences et de votre
créativité pédagogique.

J’adresse également mes remerciements au personnel administratif du Laboratoire pour leur
compétences et leur gentillesse ainsi qu’à tous les techniciens avec qui j’ai travaillé (mention
spéciale pour Mr LUGA).

Merci à tous les thésards et stagiaires du LEEI (Adam, Hussem, Sylvain, Redha, Jérôme,
Laurent, Olivier, Lauric, Afef,…) pour leur bonne humeur et pour l’ambiance que tous
s’efforcent de maintenir au beau fixe. Je remercie tout particulièrement :

- Le Féfé, pour les interminables discussions scientifiques que nous avons eues sur les
théories de l’optimisation et sur l’approche système. Lui, plus que tout autre, aura été un
interlocuteur privilégié et attentif qui a bien compris, pour y avoir été confronté, que « le
problème, c’est pas la méthode, c’est le problème le problème ». Merci pour tes programmes
et tes résultats qui sont venus enrichir ma thèse et pour ton amitié bien sûr, qui d’étend bien
au-delà de ces seules considérations scientifiques.

- Vincent, dit DVX ou le Vinçou, Dominique dit le Domi ou Do-dom et Régis, dit Roger
(prononcez avec l’accent anglais) ou Kung-fu man, pour les moults Kebab-Frites-Coca
partagés le midi et pour leur amitié. Merci pour toutes les fois où vous m’avez aidé, merci
pour vos encouragements et pour votre ouverture d’esprit. Merci également à Guillaume, dit
GG, d’avoir fait tout ces efforts pour me motiver à pratiquer le footing, le squash, le golf, les
ballades en vélo et le ski. C’est grâce à toi si je n’ai pas pris un gramme pendant cette thèse.

Enfin, je réserve la dernière partie de ces remerciements à mes proches.

A ma doudou tout d’abord d’avoir supporté les longs mois de rédaction et ma faible disponibilité
pendant cette période. Le soutien que tu m’as apporté et la compréhension dont tu as fait preuve

furent pour moi d’une importance capitale et je ne t’en remercierai jamais assez. Que l’éducation
nationale nous rapproche au plus vite !!!!!

Merci à ma chichite pour son soutien sans faille, à mon beauf (qui a toujours cru que je
travaillais chez les CRS) et à Antoine « l’asticot ». Merci d’avoir suivi de si près mon parcours et
d’avoir été mes plus fidèles supporters.

Merci enfin et surtout à mes parents, à qui je dédie ce mémoire. Merci d’avoir toujours respecté
mes choix, d’avoir toujours cru en moi, de m’avoir toujours soutenu et aidé durant ces longues
années d’études. C’est aussi grâce à vous si j’en suis là aujourd’hui.





































Il est bien plus beau de savoir quelque chose de
tout que de savoir tout d'une chose.

Blaise Pascal (1623-1662)



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