Literatura académica sobre el tema "Dispositifs électromécaniques – Simulation par ordinateur"

Ce travail s'intègre dans le développement du réacteur autoclave microonde R. A. M. O. Et plus particulièrement au niveau de la modélisation de ce réacteur. Un tel réacteur comporte un dispositif de couplage avec le générateur constitué d'un guide d'ondes. Le réacteur en lui-même est de géométrie cylindrique et constitué de plusieurs matériaux dissipatifs. L'objectif visé était la focalisation de l'énergie au niveau du milieu réactif. Pour atteindre un tel objectif il était nécessaire de maitriser les distributions de champs électromagnétiques au sein de l'ensemble du système. L'intérêt et l'efficacité du couplage simulation numérique-analyse en modes propres apparait de manière évidente. L'analyse en modes propres précise les conditions d'existence des modes de la structure ; pour une structure réelle, elle ne permet pas de préciser les pondérations des différents modes susceptibles d'exister, et donc la distribution spatiale globale de champs électromagnétiques. Quant à la simulation numérique, elle ne permet pas nécessairement d'appréhender les mécanismes qui contrôlent l'évolution des distributions de champs au sein de la structure étudiée, elle ne peut donc que prévoir la résultante de ce mélange de modes. Les différents outils mis en place (analyse en modes propres, simulation numérique et visualisation du champ électrique par thermographie infrarouge) se complètent : en effet, l'analyse en modes propres décrit toutes les répartitions de champs électromagnétiques susceptibles d'exister dans les structures analysées, la simulation numérique est une expérience numérique permettant de connaitre la réponse globale du système en tenant compte de l'excitation, la thermographie infrarouge, quant à elle, fait le tri entre les différentes possibilités et permet de comprendre comment les modes de propagation sont filtrés, en fonction de l'excitation et des caractéristiques de l'objet diélectrique au sein d'une structure fixée. Notre étude permet donc de définir les conditions opératoires (nature et positionnement du chargement diélectrique) induisant des distributions transverses de champ électrique très variées et surtout totalement différentes de celles des guides vides. Ces résultats prouvent que le positionnement judicieux d'une lame ou d'un rondin peut permettre d'induire des profils de champ électrique transverse avec de hauts niveaux de focalisation de l'énergie électromagnétique.

L'électrification des véhicules joue un rôle essentiel dans la lutte contre le réchauffement climatique. En réponse à la croissance de plus en plus marquée des véhicules électrifiés sur le marché automobile mondial, de nouvelles technologies ont émergé pour satisfaire la demande. Les simulations Hardware-in-the-Loop de type Signal (S-HIL) et Puissance (P-HIL) sont déjà utilisées dans l'industrie automobile pour tester différents composants et sous-systèmes de nouvelle génération avant leur intégration dans le prototype final, mais leur potentiel reste sous-exploité. Afin de favoriser leur utilisation et d'améliorer la vitesse de développement de nouvelles méthodes simples et abordables doivent être mises en place.L'objectif de cette thèse est de proposer une méthode souple permettant de tester divers sous-systèmes électriques grâce à des simulations HIL de puissance classiques jusqu'au test avec le conducteur dans la boucle de simulation (DIL). Le concept de la simulation HIL distribuée est introduit en se basant sur l'utilisation d'un serveur délocalisé. Le serveur délocalisé correspond à un ordinateur virtuel situé dans un centre de données équipé du logiciel de simulation Amesim Simcenter. Le logiciel permet d'avoir accès à une bibliothèque de modèles en ligne permettant à l'utilisateur de coupler ses modèles ou ses sous-systèmes situés localement avec Amesim Simcenter afin de réaliser des simulations pures, du S-HIL ou du P-HIL. Une interface simple et flexible a été mise en place par l'intermédiaire de l'organisation des modèles avec le formalisme de la Représentation Energétique Macroscopique (REM). La simulation HIL distribuée a été réalisée dans le cadre du Projet H2020 PANDA pour améliorer l'insertion des véhicules électrifiés sur le marché automobile. Le second axe est de mettre en place une simulation DIL couplée simultanément à une simulation P-HIL tout en gardant la flexibilité d'utiliser des modèles sous une plateforme de simulation temps réel. De cette manière, il est possible de tester un sous-système de puissance tout en incluant un conducteur au travers d'un simulateur de conduite (DIL/P-HIL)<br>Vehicle electrification plays a crucial role in the fight against climate change. In response to the increasingly pronounced growth of electrified vehicles in the global automotive market, new technologies have emerged to meet the demand. Hardware-in-the-Loop simulations, such as Signal (S-HIL) and Power (P-HIL), are already used in the automotive industry to test various components and next-generation subsystems before their integration into the final prototype, but their potential remains underutilized. To promote their use and enhance the speed of development, new and affordable methods need to be implemented.The objective of this thesis is to propose a flexible method for testing various electrical subsystems, ranging from traditional HIL simulations to Driver-in-the-Loop simulation (DIL). The concept of distributed HIL simulation is based on the use of a remote server. The remote server corresponds to a virtual computer located in a data center equipped with the Amesim Simcenter simulation software. The software provides access to an online library of models, allowing the user to couple their models or locally located subsystems with Amesim Simcenter to perform pure simulations, S-HIL, or P-HIL. A simple and flexible interface has been established through the organization of models using the Energetic Macroscopic Representation (EMR) formalism. Distributed HIL simulation was carried out as part of the H2020 PANDA Project to improve the integration of electrified vehicles into the automotive market. The second focus is to implement a DIL simulation coupled simultaneously with a P-HIL simulation while retaining the flexibility of using models in a real-time simulation platform. This approach enables the testing of a power subsystem while incorporating a driver through a driving simulator (DIL/P-HIL)

La simulation numérique du fonctionnement des dispositifs électromécaniques doit prendre en compte simultanément les aspects magnétiques, électriques et mécaniques en présence. En effet, les convertisseurs étudiés sont généralement reliés à un circuit d'alimentation électrique et possèdent des pièces magnétiques et conductrices en mouvement. Les modélisations proposées sont basées sur la méthode des éléments finis qui permet une discrétisation des équations des phénomènes physiques à traiter. Une formulation du problème des courants induits avec mouvement est présentée, ainsi que les couplages nécessaires avec les équations électriques et cinématiques. L'essentiel des travaux porte sur les techniques de prise en compte du mouvement dans un tel contexte. Deux méthodes sont alors proposées et comparées : le couplage des éléments finis avec des équations intégrales de frontières d'une part, et des procédures de remaillage automatique d'autre part. Une approche originale de maillage à l'aide de boules est présentée. Les développements réalisés sont appliqués pour l'étude 2D de dispositifs électromécaniques industriels. Les modélisations permettent d'étudier l'influence de phénomènes tels que les courants induits ou les saturations magnétiques sur leur fonctionnement.

Cette thèse développe une interface générique, intelligente et conviviale, capable de gérer des tâches robotiques élémentaires nécessaires à l'intérieur de SEM en définissant simplement des instructions graphiques sur son écran. Pour faire face à la capacité de grossissement très élevée du SEM et pour pouvoir atteindre n'importe quelle région d'intérêt sur un échantillon dans SEM, les effecteurs terminaux de robot doivent pouvoir naviguer avec mouvement doivent traiter avec des trajectoires multi-échelles, du nanomètre à la millilitre. La plate-forme expérimentale, nano-robotic ISIR-robotex est composé des actionneurs à inertie piézoélectriques et tenant une sonde de microscope à force atomique (AFM) comme effecteur terminal. Les principales contributions sont: Modélisation non linéaire d'actionneurs à inertie piézoélectriques pour traiter les problèmes de représentation dynamique multi-échelles ; Caractérisation de la vitesse et contrôle de la vitesse d'une classe d'actionneurs à inertie piézoélectriques ; Trajectoire multi-échelles de haut niveau suivant le contrôle d’un AFM fonctionnant à l’intérieur de microscopes électroniques. La localisation de la pointe AFM et son suivi dans le cadre d'une vision basée sur Deep Learning à l'intérieur d'un microscope électronique. Suivi de trajectoire basé sur le contrôle prédictif (MPC) et évitement d'obstacles pour un cantilever AFM fonctionnant à l'intérieur d'un microscope électronique. Les méthodes développées enrichissent la capacité de mouvement et la détection de systèmes nano-robotiques fonctionnant dans SEM, accélérant ainsi le processus vers une automatisation complète à des fins de manipulation robotique à petite échelle<br>This thesis targets the development of a generic, intelligent and user friendly interface that can manage elementary robotic tasks needed inside a SEM by simply defining graphical instructions on the SEM screen. To deal with the very high magnification capability of SEM and to be able to reach any region of interest on sample observed by SEM, the robot end effectors must be able to navigate with a displacement range to resolution ratio of several million times. As such, all the motion control must deal with multi-scale trajectories, i.e. from nano-meter range up to milliliter range. The experimental platform in this thesis is the ISIR-robotex nano-robotic platform. It is composed of a poly-articulated nano-robotic system actuated by piezoelectric inertial actuators (PIAs) and holding a self-sensing Atomic force Microscope (AFM) probe as end effector. The main contributions are : Non-linear modeling of piezoelectric inertial actuators to deal with multi-scale dynamic representation issues. Velocity characterization and velocity control of a class of piezoelectric inertial actuators. High level multi-scale path following control of an AFM operating inside electron microscopes. AFM tip localization and tracking through deep learning based vision inside an electron microscope. Model predictive control (MPC)-based path following and obstacle avoidance for an AFM cantilever operating inside electron microscopes. The developed methods enrich the motion capability and sensing of nano-robotic systems operating inside SEMs, accelerating the process towards a fully-automation for robotic manipulation purposes at the small scales

Les dispositifs électroniques de plus en plus intégrés s'avèrent de plus en plus rapides, mais également de plus en plus sensibles aux phénomènes de surtensions transitoires. Ceux-ci correspondent à des restitutions d'énergie d'origines diverses, naturelles ou non: phénomène de foudre, explosion nucléaire, commutations dans un environnement électrique. A cause du champ électromagnétique produit, des surtensions transitoires peuvent se propager jusqu'à certains dispositifs sensibles qu'il est donc nécessaire de protéger. Parmi les moyens de protection possibles, nous nous intéressons aux composants discrets de protection parallèle et à leur comportement dynamique face à des fronts de tension rapides et sur des ondes de courant de décharge oscillantes. Or cette étude met en évidence les qualités de protection des composants semi-conducteurs. Afin de mieux comprendre les limites d'utilisation de ces derniers, nous nous intéressons ensuite à la simulation physique de leur comportement, en une et deux dimensions. Grâce à la meilleure connaissance des phénomènes physiques mis en jeu, nous développons alors des modèles des principaux composants discrets de protection, dédiés à un logiciel de simulation de circuits tel que HSPICE. En nous appuyant sur ces modèles, nous développons enfin quelques modules spécifiques de protection (protection basse énergie et protection d'un réseau Basse Tension contre la foudre)<br>[Electronic devices are more and more integrated, faster and faster but more and more sensitive ta transient over voltage phenomena. These phenomena are due ta natural or artificial energy restitution· nuclear detonation lightning switching in electrical surroundings. The induced electromagnetic field may propagate, thus some sensitive electronic devices must then be protected. Among ail the possible protection techniques we are particularly interested in discrete parallel protection components and in their behaviour facing fast voltage rise and oscillating discharge. This study shows the interesting protection properties of semiconductor devices. That is why we simulate the physical behaviour of such structures in order to better understand the different involved phenomena. We are then able ta develop different models dedicated to circuit simulation softwares like HSPICE that enable us to predict the protection components behaviour facing different surge waves. Using these models we realise two specific protection modules (law energy protection module and law voltage network lightning protection module). ]

La simulation par ordinateur est necessaire avant toute conception concrete en genie electrique. La conversion de l'energie passe le plus souvent par une forme magnetique mettant en jeu les materiaux d'un circuit magnetique. La precision quant a la prevision des regimes transitoires et des pertes passe par une meilleure performance de la modelisation des materiaux. L'objet de cette these est de modeliser des systemes electromagnetiques a induction. Leur circuit magnetique est decompose en tubes de flux elementaires auxquels on applique une modelisation poussee du materiau (hysteresis dynamique). Le formalisme des graphes de liens, multi domaine et permettant l'analyse de causalite, bien adapte, est utilise aux fins de modeliser et de simuler en particulier un moteur asynchrone.

Cette thèse est consacrée à une étude sur la construction d'une structure hétérogène de silicium polycristallin permettant de rendre compte des caractéristiques expérimentales de composants fabriqués à base de ce matériau. Le silicium polycristallin est défini hétérogène, au sens où les grains de silicium cristallin et les joints de grains amorphes qui le composent, sont définis séparéments. Après avoir passé en revue les précédents travaux portant sur la modélisation du silicium polycristallin, un ensemble de simulations conduites avec le logiciel atlas de la société silvaco sont alors présentées. Ces simulations mettent en évidence l'incidence du nombre de joints de grains dans la construction de la structure, sur les calculs produits. Enfin de nombreuses extensions logicielles ont été ajoutées dans la présentation, pour compléter l'utilisation du logiciel.

Lors de la derniere decennie, les progres realises dans le domaine de la cao electronique, concerne les outils de synthese et de simulation avances, offrant un flot de conception s'appuyant sur les langages de description comportementale standards. Ils ont permis la conception de systemes numeriques de plus en plus complexes a effort constant. L'extension de ces langages dans les domaines analogique et mixte a d'ores et deja rendu possible la conception de systemes electroniques mixtes et multi-domaines (electrique, mecanique, optique, thermique, ) dans un environnement unique. L'utilisation d'un langage commun et d'un environnement unique dans la conception de systemes multi-domaines offre plusieurs avantages par rapport a l'approche traditionnelle fondee sur des simulateurs et methodologies separes. Tout d'abord, il existe une meilleure organisation du dialogue entres les specialistes de differentes disciplines et donc une reduction du risque de fautes des la toute premiere phase de conception. De plus, le langage standard assure la perennite des modeles developpes. L'objectif de ce travail est d'evaluer un langage de description comportementale analogique et mixte hdl-a (preversion commerciale de la norme vhdl-ams) pour l'ecriture de modeles de composants optroniques et pour la simulation, dans un flot de conception standard, de systemes integrants de tels composants. Plusieurs arguments plaident pour cette approche, la generalisation du concept de microsysteme etant indubitablement le plus fort. En effet, l'integration monolithique de fonctionnalites electroniques et non-electroniques imposent de simuler - et donc de modeliser - un systeme multi-nature avec une precision suffisante dans un temps acceptable. Trois etudes differentes ont ainsi ete realisees au cours de cette these. La premiere porte sur un filtre accordable en longueur d'onde (moems), utilisable dans les applications de type wdm. La deuxieme illustre la simulation et l'optimisation d'une liaison de communication par fibre optique. La derniere exploite les modeles developpes precedemment et introduit le concept (notion) de conception conjointe optique-electrique/materiel-logiciel dans le cadre de systemes de communication optique. L'emploi d'un langage de description dans la conception de systeme de communication optique est tres interessant. Il offre un moyen de description et d'integration des modeles de composants optoelectroniques et optiques qui, dans une plate-forme de conception electronique, est mieux adapte que la solution standard qui s'appuie sur des circuits equivalents. La flexibilite du langage facilite le melange des modeles de differents niveaux d'abstraction (composants - circuit - systeme) dans une meme simulation. Son lien naturel avec un flot de conception electronique constitue egalement un avantage important. Cependant, ce langage presente plusieurs limitations : d'une part sa version actuelle est principalement dediee a la simulation de systemes et circuits basses frequences, et d'autre part, l'absence de support direct pour la resolution d'equations aux derivees partielles rend laborieuses la simulation et la modelisation de systemes et de composants optroniques.

Dans ce memoire, nous proposons une nouvelle methodologie de conception de nouvelles fonctions de puissance integrees basees sur le mode d'integration fonctionnelle et particulierement bien adaptees pour des applications de puissance fonctionnant directement sur le reseau electrique. Ce mode d'integration n'est pas uniquement base sur l'interconnexion de cellules isolees electriquement, mais sur l'usage des nombreuses interactions electriques des couches semi-conductrices au sein du cristal auxquelles on peut adjoindre des fonctionnalites de type mos en surface. L'aspect generique de ce mode d'integration nous a conduit a etablir une bibliotheque d'elements de base. Pour chaque element, nous avons defini un schema electrique representatif de sa fonctionnalite, une coupe de sa structure, une topologie de surface et un modele analytique base sur la physique des semi-conducteurs reliant les principaux parametres physiques et geometriques structurels aux parametres electriques. Actuellement, ces modeles analytiques permettent de proposer rapidement un premier dimensionnement des structures etudiees. Parallelement a ce travail d'identification et de modelisations, nous avons mis en place une chaine d'outils de cao dans l'environnement cadence correspondant a chaque etape du processus de conception. Les modeles analytiques ont ete codes en langage mast dans le logiciel saber et des passerelles existent pour arriver dans le meme environnement jusqu'aux dessins des masques. Les logiciels de simulations bidimensionnels (pisces) ont ete utilises pour mettre en evidence les interactions electriques parasites existant tant au niveau des cellules qu'au niveau de leurs associations. L'interet de cette bibliotheque d'elements de base a

Ce mémoire est composé de cinq chapitres et traite du développement d'un générateur automatique de programmes de simulation de procédés électromécaniques (Gaspe). Dans le premier chapitre, nous présentons un ensemble de logiciels de simulation utilises en France dans le domaine de l'électronique de puissance. La méthodologie de modélisation et de simulation des ensembles convertisseur-machine-commande et le générateur Gaspe qui en a résulté sont développés au sein du laboratoire Green. Nous les présentons dans le deuxième chapitre. Le développement du produit Gaspe en tant qu'outil de simulation fait l'objet du troisième chapitre. Le quatrième chapitre traite de l'application de Gaspe à la simulation numérique d'une machine asynchrone alimentée par un onduleur a mli. Enfin, le cinquième chapitre est consacré à la structuration de la bibliothèque de modules Gaspe