Thèses Equipe Commande

1. "Integrating Haptic Feedback in Smart Devices: Multimodal Interfaces and Design Guidelines"
   Detjon BRAHIMAJ, Thèse, Janvier 2024, url, résumé

   La question de l'introduction d'un retour haptique multimodal dans les produits de consommation devient aujourd'hui cruciale, avec l'avènement d'une société de plus en plus tournée vers les solutions numériques. Les smartphones et tablettes, qui reposent entièrement sur des écrans tactiles pour l'interaction avec l'utilisateur, sont désormais couramment utilisé pour accéder à Internet et, par exemple, interagir avec l'administration (34% des Européens). Étant donné que ces appareils sont rentables, la croissance future repose principalement sur les applications et le développement de logiciels qui peuvent être réalisés dans le divertissement, l'éducation et la formation technique. Cette conclusion est vraie dans le secteur de la RV en pleine expansion. Paradoxalement, les appareils sont désormais accessibles à plus de personnes, mais un segment de la population est exclu des développements numériques: les personnes âgées qui ont du mal à utiliser les écrans tactiles, et les personnes ayant une déficience visuelle ou auditive. En effet, les ordinateurs et autres appareils fournissent des informations aux utilisateurs presque exclusivement grâce à un retour visuel et auditif. Description de l'emploi: Effectuer de nouvelles recherches sous la supervision de membres du personnel académique et d'un conseiller industriel dans la conception de dispositifs permettant un retour haptique multimodal, Collaborer avec un partenaire industriel pour introduire un retour haptique multimodal dans applications automobiles Participer aux activités du programme MULTITOUCH: assister à des ateliers de formation, collaborer avec les partenaires du réseau et entreprendre des détachements périodiques chez les organisations partenaires de MULTITOUCH, Produire des documents écrits au besoin pendant leurs études de doctorat et contribuer aux activités d'engagement et de diffusion de MULTITOUCH Présenter régulièrement des rapports d'étape comme l'exige le programme de recherche MULTITOUCH

1. "Du composant au conducteur dans la boucle de simulation pour le test de véhicules électriques hybrides"
   Florian TOURNEZ, Thèse, Décembre 2023, url, résumé

   Le concept de Driver-In-the-Loop ont déjà été développés dans le cadre de la formation des conducteurs ou dans les jeux vidéo. Mais ils ne comprennent pas de composants de puissance testés mais seulement la simulation en temps réel de modèles simples de sous-systèmes de traction. Dans cette thèse de doctorat, le concept de DIL doit être étendu au test de composants réels en interaction avec le comportement réel d'un conducteur.

2. "Mise à l'échelle des entraînements électromécaniques pour la conception au niveau système dans les premières phases de développement des véhicules électriques"
   Ayoub AROUA, Thèse, Décembre 2023, url, résumé

   L'industrie automobile est contrainte d'accélérer le développement et le déploiement des véhicules électrifiés à un rythme sans précédent, afin d'aligner le secteur du transport avec les objectifs climatiques. La réduction du temps de développement des véhicules électriques devient une priorité urgente. D'autre part, l'industrie est confrontée à une complexité accrue et à l'ampleur de l'espace de conception des chaînes de traction électrifiées émergentes. Les approches existantes pour aborder la conception des composants, notamment les méthodes numériques telles que la méthode des éléments finis, la mécanique des fluides numérique, etc., reposent sur un processus de conception détaillé. Cela entraîne une longue charge de calcul lorsqu'on essaie de les intégrer au niveau système. L'accélération des premières phases de développement des véhicules électrifiés nécessite de nouvelles méthodologies et de nouveaux outils, permettant d'explorer l'espace de conception au ni-veau système. Ces méthodologies devraient permettre d'évaluer les différents choix de pré-dimensionnement des chaînes de traction électrifiées dans les phases de pré-étude. Cette évaluation devrait se faire de manière efficace en termes de temps de calcul, tout en garan-tissant des résultats fiables en termes de consommation énergétique au niveau système. Pour relever ce défi, cette thèse de doctorat vise à développer une méthodologie de mise à l'échelle pour les systèmes d'entraînement électromécaniques, permettant l'étude au niveau système de différents véhicules électriques. Un système d'entraînement électromécanique se compose d'un ensemble comprenant un onduleur, une machine électrique, un réducteur mécanique et une unité de contrôle. La procédure de mise à l'échelle vise à prédire les données d'une conception nouvellement définie d'un composant donné avec des spécifications différentes sur la base d'une conception de référence, sans avoir à refaire des étapes qui demandent beaucoup de temps et d'efforts. À cette fin, différentes formulations de lois de mise à l'échelle des composants du système d'entraînement électromécanique sont examinées en détail et comparées au niveau composant en termes de mise à l'échelle de la perte de puissance. Un accent particulier est mis sur l'examen de la méthode de mise à l'échelle linéaire des pertes par une homothétie, qui est largement employée dans les études au niveau système. En effet, cette méthode présente des hypothèses discutables et n'a pas fait l'objet d'une étude approfondie. En outre, l'une des principales contributions de ce travail est la formulation des lois de mise à l'échelle des pertes de puissance des réducteurs mécaniques, qui ont été identifiées comme une lacune dans la littérature actuelle. Pour ce faire, une campagne expérimentale intensive a été menée sur des réducteurs mécaniques commerciaux. Pour intégrer les lois d'échelle au niveau système et étudier l'interaction entre les composants mis à l'échelle, le formalisme de la représentation macroscopique énergétique est utilisé. La nouveauté de la méthode proposée réside dans la structuration d'un modèle et d'une commande évolutifs du système d'entraînement électromécanique de référence à utiliser dans la simulation au niveau système. La nouvelle organisation consiste en un modèle et une commande de référence complétés par deux éléments d'adaptation de puissance du côté électrique et mécanique. Ces derniers éléments prennent en compte les effets d'échelle, y compris les pertes de puissance. La méthodologie est appliquée à différents cas d'étude de véhicules électriques à batterie, allant des véhicules légers aux véhicules lourds. Une attention particulière est accordée à l'évaluation de l'impact de la méthode de la mise à l'échelle linéaire sur la consommation d'énergie, en tenant compte de différents facteurs de mise à l'échelle de la puissance et des cycles de conduite, par rapport à d'autres méthodes de mise à l'échelle avec une haute-fidélité.

3. "Conception d’un entraînement électrique polyphasé tolérants aux défauts, compatible avec la production en grande série"
   Antonin RIBIERE, Thèse, Décembre 2023, url, résumé

   Le changement climatique est une réalité et les industries les plus polluantes, comme le secteur de la mobilité, doivent s’adapter. L’électrification des véhicules apparaît alors comme un des leviers à actionner pour réduire les émissions dans ce secteur. Cette évolution vers des véhicules plus électriques permet de nouvelles architectures et l’autonomisation de plus en plus de fonctions. De relativement nouvelles applications apparaissent, telles que le steer by wire ou le brake by wire, dans lesquelles il n’existe plus de lien mécanique entre le conducteur et les organes d’actionnement. Ces applications touchent directement à la sécurité des personnes et c’est pourquoi elles doivent avoir un haut niveau de fiabilité. Si un défaut apparaît, l’entraînement électrique doit pouvoir assurer un minimum de fonctionnement afin de permettre au conducteur de se garer en toute sécurité. Dans le cas de véhicules totalement autonomes, comme les convois de camions ou les flottes partagées, garder le même niveau de fonctionnement après l’apparition d’un ou plusieurs défauts est également intéressant. Néanmoins, les entraînements triphasés traditionnels ne permettent pas de répondre à ces exigences. A contrario, les entraînements polyphasés ont déjà été investigués pour des applications navales ou aéronautiques pour lesquels les exigences de fiabilité sont hautes, mais où les volumes sont relativement faibles. C’est pourquoi cette thèse vise à concevoir un entraînement polyphasé et son contrôle pour des applications automobiles sécuritaires, tout en prenant en compte des contraintes de coût et d’industrialisation.
   Des outils d’évaluation de la fiabilité ont tout d’abord été étudiés et appliqués afin de vérifier le gain offert par les entraînements polyphasés. Malgré une augmentation du nombre de composants, la fiabilité fonctionnelle est améliorée à travers les modes dégradés qui permettent de conserver une partie de la fonctionnalité. Le contrôle d’un entraînement polyphasé diffère d’un contrôle triphasé, mais peut être vu comme l’extension du contrôle classique dans la base d-q, avec des éléments supplémentaires à considérer. Une approche de comparaison de différents entraînements polyphasés a été proposée, en incluant des critères relatifs au coût et au fonctionnement en mode dégradé. A l’issue de cette étude, une machine double pentaphasée a été prototypée et a permis de tester les différents algorithmes de commande après défaut. Les changements des références de courant et l’ajout de réseaux de neurones simple couche en parallèle des régulateurs PI, ont permis un gain significatif sur les performances de l’entraînement après défaut. Cette thèse a mis en évidence les nombreuses contraintes lors du dimensionnement d’un entraînement tolérant aux défauts, avec la nécessité de prendre en compte tant le moteur que son convertisseur. En particulier, il est nécessaire de prendre en considération les limites de l’entraînement complet, aussi bien en mode sain qu’en mode dégradé, afin de maximiser le niveau de fonctionnalité tout en minimisant le surdimensionnement.

4. "Reduction of energy consumption of a subway carrousel"
   Ryan O. BERRIEL, Manuscrit de thèse, Décembre 2023, url, résumé

   Urbanization has led to a surge in demand for efficient urban mobility. As cities grow, the need for sustainable transport solutions becomes vital. Subways, characterized by their high capacity and relatively low emissions, have emerged as a favored solution to address this growing interest. However, while they offer numerous advantages, they also present challenges, especially in the scope of energy efficiency and management. The MEL (Métropole Européenne de Lille) is committed to exploring the potential energy savings on its transport network, underscoring the importance of evaluating adapted solutions in specific urban contexts.
   This PhD thesis explores the energy efficiency challenges of subway systems, particularly, solutions for reduction of energy consumption. A dynamical model and a flexible simulation tool for subway carousel energy studies is developed. They are validated by experimental results on a real track, as well by a dedicated reduced-scale and flexible experimental platform using the Hardware-In-the-Loop principle. This platform enables the test of specific cases, which are difficult to measure on the real track. Simplified models are then proposed to reduce computational demands without sacrificing accuracy. Different simulation scenarios have been studied to highlight the main factors to reduce global energy consumption. For line 1 of MEL, reducing the maximal velocity by 10% leads to a reduction of energy consumption by 6.7% while increasing the travel time by less than 2 minutes. A slight change of headway (time between two cars) can also lead to a reduction of global energy up to 12%. The potential braking energy recovery has been analyzed showing the use case to supply electric cars or electric buses.

5. "Dispositif à ultrasons basse fréquence pour le diagnostic précoce des escarres par impédance mécanique de la peau"
   Elis Marina SALES DE CASTRO, Thèse, Mai 2023, url, résumé

   Dans le cadre de STINTS, le projet de thèse intitulé 'Dispositif d'ultrasons à basse fréquence pour l'évaluation de l'impédance mécanique de la peau'c - effectuer une nouvelle recherche sous la supervision de membres du personnel académique et de conseillers industriels dans le diagnostic et le traitement des ulcères de pression en collaboration avec d'autres ESR du consortium, identifier la réponse mécanique de la peau en fonction de facteurs liés à l'âge et au sexe. - distinguer les peaux saines des peaux saines par la modélisation proposée. - fournir les paramètres à un outil de diagnostic. - contribuer au développement de produits et de procédures de soins afin de minimiser l'apparition d'ulcères de pression - participer aux activités du programme STINTS: assister à des ateliers de formation, collaborer avec des partenaires du réseau et effectuer des détachements périodiques dans des organisations partenaires de STINTS - produire des résultats écrits au besoin pendant les études de doctorat et contribuer aux activités d'engagement et de diffusion de STINTS et présenter des rapports d'avancement réguliers comme l'exige le programme de recherche STINTS

6. "Conception et contrôle tolérant aux pannes d'une nouvelle machine synchrone multiphasée à flux transversal et à aimant permanent"
   Wenjing ZHANG, Thèse, Mai 2023, url, résumé

   La machine synchrone à aimant permanent à flux transverse combine les avantages d'une densité de couple intrinsèquement élevée, de la capacité à ajuster la charge électromagnétique de manière indépendante, d'une conception de structure flexible et d'une structure de bobinage simple, ce qui lui confère un potentiel important pour être utilisée comme servomoteur dans les applications de robots industriels afin de parvenir à la miniaturisation de son entraînement électrique. En outre, la structure d'enroulement multi-phases peut être utilisée dans une machine synchrone à aimant permanent à flux transverse pour obtenir l'avantage de la capacité de tolérance aux pannes, ce qui améliore encore la fiabilité fonctionnelle de l'entraînement électrique dans les robots industriels. Cependant, les recherches existantes sur les machines synchrones à aimant permanent à flux transverse et les recherches sur la tolérance aux pannes des machines multi-phases présentent encore des lacunes et des limites qui restreignent leur application dans le contexte de la thèse. L'objectif principal de cette thèse de doctorat est de proposer une machine synchrone à aimant permanent à flux transverse de structure nouvelle pour améliorer les caractéristiques et les performances du robot industriel. Tout d'abord, une machine synchrone à aimants permanents à flux transverse à topologie à un rotor central à aimants sans fer et deux stators externes avec un circuit magnétique statorique hybride comprenant tôle laminées et poudre de fer (DS-HSDR-TFPMSM) est proposée pour réaliser la miniaturisation et la dynamique élevée des entraînements électriques dans les robots industriels. Sa conception structurelle et électromagnétique est réalisée. Une étude de conception tolérante aux pannes basée sur la structure double-triphasée est ensuite réalisée selon deux approches pour le DS-HSDR-TFPMSM Compte tenu de la structure tridimensionnelle complexe du DS-HSDR-TFPMSM, la méthode de calcul du champ magnétique de l'entrefer et les performances sont étudiées sur la base de la méthode de transformation de Schwarz-Christoffel. En outre, la conception de l'optimisation du DS-HSDR-TFPMSM est réalisée sur la base du réseau neuronal BP et de l'algorithme d'optimisation multi-objectifs afin d'améliorer ses performances en termes de couple. Sur la base des conceptions accessibles de tolérance aux pannes de DS-HSDR-TFPMSM, la méthode de commande tolérante aux pannes pour la machine synchrone double-triphasée à aimant permanent est étudiée. Tout d'abord, une reconfiguration du courant de référence dans le repère découplé normal basé sur le principe des pertes cuivre minimales et de la plage de fonctionnement maximale du couple est proposée. Ensuite, la contrainte axiale sur le disque du rotor du DS-HSDR-TFPMSM triphasé double dans différents états est analysée. La force axiale synthétique et la distribution de la contrainte axiale sur le disque du rotor des deux types de DS-HSDR-TFPMSM triphasés doubles sont comparées. Enfin, la méthode de contrôle tolérant aux pannes pour les machines électriques à aimant permanent triphasées fonctionnant à grande vitesse est étudiée, dans laquelle les composantes harmoniques du courant de référence sont suivies et contrôlées à grande vitesse en utilisant une méthode basée sur des repères tournants multiples et une autre méthode basée sur des contrôleurs résonant proportionnels. Enfin, les technologies de fabrication et les études expérimentales sont menées pour le prototype DS-HSDR-TFPMSM

7. "Portable instrument to rapidly assess mechanical properties of the skin - Système portable pour évaluer rapidement les propriétés mécaniques de la peau"
   Yisha CHEN, Thèse, Mars 2023, url, résumé

   Pressure ulcers are localized damage to the skin and/or underlying tissue. It’s expensive to treat pressure ulcers at advanced stages. Moreover, they lower the patient's quality of life, being painful and life-threatening. Early detection is one of the solutions to prevent pressure ulcers. The objective of this thesis is to develop a handheld probe to measure skin biomechanics in vivo and to aid in the early diagnosis of skin at risk. This probe is composed of two piezoelectric bending actuators that stretch the skin surface and control the tip displacement. Simultaneous force and displacement sensing is achieved by integrating two pairs of resistive strain gauge sensors. The basic functions of the probe, simultaneous sensing and displacement control, are experimentally validated. Hysteresis compensation strategies are presented to improve force sensing. The discrimination capability of the probe is first justified with tests on phantom skins. Then, we apply this probe to measure skin properties in vivo. The anatomical-site-related differences are characterized by the probe. The reliability and sensitivity of the parameters derived from the probe are studied in collaboration with the University of Southampton. Preliminary results show that the probe can detect skin damage caused by mechanical insult (tape strapping) with a reduced dynamic modulus. This research can contribute to not only the early detection of skin issues but also provide valuable experimental data that can be used, for example, in the development of computational models.
   
   Les escarres sont des maladies de la peau ou des tissus internes. Il est très couteux de traiter des escarres à des stades avancés. De plus, ce sont des pathologies très douloureuses, qui altèrent fortement la qualité de vie des patients atteints et peuvent même être fatals à un stade étendu. La détection précoce de ces escarres est donc primordiale pour pallier leurs effets. L’objectif de cette thèse est de développer une sonde portable pour mesurer les caractéristiques biomécaniques de la peau à risque « in vivo » et ainsi aider à prévoir l’apparition d’escarres.
   Cette sonde est composée de deux benders piézo-électriques qui vont étendre la surface de la peau de manière contrôlée. La mesure simultanée de la force de réaction de la peau et de son déplacement est réalisée grâce à l’intégration de deux jauges de contrainte résistives. Les fonctions essentielles de la sonde, à savoir le contrôle du déplacement et l’acquisition des mesures mécaniques sont validées expérimentalement. Pour améliorer la mesure de la force, des stratégies de compensation de l’effet d’hystérésis sont présentées.
   Les capacités de distinction de la sonde entre différentes surfaces sont tout d’abord testées sur des peaux artificielles dites « fantômes ». Ensuite, la sonde est appliquée pour mesurer les caractéristiques de peaux saines « in vivo », ceci sur différentes localisations. Il est montré que la sonde est capable de différencier ces localisations. La sensibilité et la fiabilité des paramètres mesurés par la sonde sont analysées en collaboration avec l’Université de Southampton. Des premiers résultats montrent que la sonde est capable de détecter des dommages de la peau dues à des dégradations mécaniques (arrachage d’un ruban adhésif par exemple).
   Cette recherche peut donc contribuer à la détection précoce d’escarres mais également fournir des données sur la mécanique de la peau pour renseigner le développement de modèles.

1. "Conception d'interface tactile innovante pour la simulation d'un bouton sur une surface plane."
   Pierre GARCIA, Thèse, Novembre 2022, url, résumé

   Les interfaces homme-machine actuelles consistent principalement en un écran tactile et ne disposent de manière générale que d'un retour visuel. Cette configuration a l'avantage de la facilité de fabrication et de la polyvalence, si bien qu'on la retrouve dans de nombreux cas d'usage. Cependant, paradoxalement, ces interfaces monopolisent l'attention visuelle des utilisateurs, ce qui pose problème dans certaines applications, comme l'automobile par exemple. Rajouter en plus du retour visuel un retour d'information par le canal tactile pourrait permettre de faciliter leur usage.Des méthodes permettant la stimulation tactile sur un écran, basé sur la modulation du frottement, ont été développées et implémentées par le passé. Par principe, le doigt glisse sur la surface pour donner lieu à une sensation de texture programmable. Mais la production d'un retour haptique doigt statique demeure un défi. Il permettrait de produire des simulations de boutons, et ainsi, d'un clavier virtuel, utilisable sans nécessairement avoir besoin du retour visuel.L'objectif de cette thèse est de proposer et d'implémenter une méthode permettant la production d'un retour haptique doigt statique de type « bouton programmable » sur une surface plane comme un écran OLED, en prenant en compte les contraintes liées à l'industrialisation.Pour cela, nous proposons une nouvelle approche, basée sur la superposition de deux modes de déformation à fréquence ultrasonore, qui permet la génération d'une force latérale sous le doigt. En modulant cette force en fonction de l'appui par l'utilisateur, une sensation de clic est produit. Les aspects conception mécanique, contrôle de la vibration en boucle fermée et évaluation psychophysique sont abordés, pour démontrer la faisabilité de la méthode proposée. Enfin, une méthode originale de conception permet d'appliquer cette approche à un écran tactile du commerce.

1. "Generation and control of tactile feedback with longitudinal ultrasonic vibration and human-in-the-Loop analysis"
   Diana Angelica TORRES GUZMAN, Thèse, Décembre 2021, url, résumé

   La technologie haptique offre aux utilisateurs un moyen unique d'interagir avec les mondes virtuels en permettant le transfert direct d'informations entre les interfaces et l'être humain par le biais du sens du toucher. Les dispositifs haptiques de surface utilisent différentes techniques pour moduler la friction afin de simuler la texture. Dans le cas des surfaces haptiques à ultrasons, on utilise des céramiques piézoélectriques qui, alimentées par une tension alternative sinusoïdale, provoquent un mouvement à la surface du dispositif. Ce mouvement est transmis et amplifié par le matériau, à sa fréquence de résonance.Les modes vibratoires transversaux sont couramment utilisés dans la technologie haptique des surfaces ultrasoniques. Ce travail évalue la possibilité d'utiliser les vibrations longitudinales comme une alternative technologique pour produire un retour haptique dans les dispositifs à ultrasons. Pour cela, des comparaisons sont effectuées sur les deux familles de modes, à partir d’un dispositif dédié à la fois d’un point de vue performances énergétiques et qualité des stimuli perçus. L'action et la perception de l'homme dans ce contexte sont très importantes. Malheureusement, en raison de la complexité des phénomènes de friction, la réponse sensorielle est différente d'un utilisateur à l'autre, avec le même stimulus haptique. Pour cette raison, il est intéressant d'explorer l'humain dans la boucle de simulation tactile. Dans ce but, une première tentative de développer le concept de "Human-in-the-Loop" en haptique de surface est présentée dans cette thèse, en utilisant le formalisme EMR (Energetic Macroscopic Representation) développé au sein de l'équipe de contrôle du L2EP et déjà couramment appliqué au HIL (Hardware in the Loop).

2. "Simulation d’un Véhicule Électrique et son Environnement pour Étudier la Consommation d’Énergie sous Différentes Conditions Climatiques"
   David RAMSEY, Thèse, Novembre 2021, url, résumé

   Dans la littérature scientifique, la consommation d’énergie des véhicules électriques à batterie est généralement estimée en ne considérant que le sous-système de traction. De plus, cette approche ne peut pas prendre en compte tous les impacts des conditions climatiques sur la consommation (et sur l’autonomie). En effet, les conditions ambiantes ont un impact sur les performances des batteries Li-ion, sur la puissance nécessaire pour la traction et sur la consommation d’énergie du sous-système de confort. Le produit combiné de ces effets peut réduire considérablement l’autonomie de ces véhicules. Ce fait constitue une contrainte au développement des véhicules électriques sur le marché automobile, notamment dans des régions aux hivers très rigoureux (exemple du Canada). Dans ce cadre, une collaboration entre l’Université de Lille (France) et l’Université du Québec à Trois-Rivières (Canada) a été établie pour étudier, entre autres, l’impact des conditions climatiques sur la consommation d’énergie des véhicules électriques. L’objectif de cette thèse en cotutelle est de développer un outil de simulation flexible d’un véhicule électrique dans son environnement. L’outil doit permettre d’étudier les performances énergétiques de ces véhicules sur une large plage de conditions climatiques. Pour atteindre cet objectif, une interconnexion des modèles de différents domaines de la physique (électrique, mécanique et thermique) est réalisée, en suivant une approche systémique. Les modèles considérés correspondent aux sous-systèmes de traction, de confort thermique et de stockage (avec le chargeur de batteries). Le formalisme Représentation Énergétique Macroscopique est utilisé pour organiser et interconnecter de façon causale les modèles des différents sous-systèmes, ainsi que de l’environnement du véhicule. Les facteurs ambiants considérés dans l’outil sont la température, l’humidité relative et les conditions du ciel. De plus, la validité de l’outil est vérifiée avec des tests expérimentaux sur une voiture réelle entre -5 °C et 30 °C. La pertinence de l’outil est mise en évidence avec la réalisation de trois études sur la consommation d’énergie d’un véhicule électrique sous différents profils de conduite et conditions ambiantes. La première étude est l’estimation de l’impact énergétique individuel des conditions ambiantes considérées sur chaque sous-système d’un véhicule électrique. La deuxième étude est l’estimation de la variation annuelle de la consommation d’énergie dans un climat canadien. Enfin, la dernière étude est une évaluation des avantages énergétiques du préchauffage en hiver.

3. "Développement d’algorithmes pour le contrôle sans capteur de machines électriques polyphasées en mode normal et dégradé"
   Youssouf MINI, Thèse, Septembre 2021, url, résumé

   L’électrification des systèmes de transport nécessite l’émergence d’entrainements électriques qui répondent à certaines exigences en termes de : rendement et densité de puissance élevés, fiabilité fonctionnelle, robustesse et compacité (facilité d’intégration). Dans ce contexte, les machines synchrones à aimants permanents (MSAP) polyphasées (nombre de phases > 3 ) sont devenues de plus en plus étudiées en raison de leurs densités énergétiques volumique et massique élevées, et leurs tolérances aux défaillances. Pour assurer un contrôle vectoriel performant de ces machines, un capteur de position mécanique est monté sur l’arbre de la machine pour fournir l’information de la position et de la vitesse du rotor. Cependant, dans un contexte de fiabilité fonctionnelle et de robustesse des machines MSAP polyphasées, un défaut sur ce capteur de position ou sur l’une de ses connexions entraine directement une défaillance du système de contrôle. Par ailleurs, dans un contexte de compacité, la nécessité d’un bout d’arbre pour monter ce capteur, qui lui aussi occupe du volume, entraine une augmentation du volume global des entrainements polyphasés. L’objectif de la thèse est de développer des algorithmes spécifiques à la commande sans capteur de machines MSAP polyphasées à force électromotrices non-sinusoïdales dans le but d’augmenter leurs fiabilités fonctionnelles et leurs compacités. Pour cela, des algorithmes basés sur le principe de l’observateur à mode glissant sont développés pour estimer la position et la vitesse du rotor à partir de l’estimation des forces électromotrices des différentes machines fictives équivalentes. Pour résoudre le problème d’observabilité des machines MSAP à zéro et faible vitesse, des algorithmes de commande sans capteur basés sur l’injection d’une tension sinusoïdale à haute fréquence dans la machine fictive qui contribue faiblement à la production du couple sont développés. L’obtention de la position sur toute la plage de vitesse des machines MSAP polyphasées en mode normal et dégradé peut ainsi être obtenue. Les différents algorithmes proposés dans ces travaux de thèse sont validés expérimentalement sur une machine MSAP à 7 phases à forces électromotrices non-sinusoïdales.

1. "Contribution à la Conception de Machines Asynchrones à Cage Multipolarité à Effet Boîte de Vitesse Continue pour Application Automobile"
   Abdelhak MEKAHLIA, Thèse, Décembre 2020, url, résumé

   L’électrification des véhicules automobiles se place au coeur des priorités dans le secteur des transports. Pour une chaine de traction électrique, le défi technologique est d’assurer un équilibre entre : le coût, le volume et l’efficacité énergétique. Par rapport aux machines à aimants permanents, la machine asynchrone à cage est moins coûteuse. Cependant, elle est caractérisée par une densité du couple et une plage de fonctionnement à puissance constante limitées, ce qui oblige à surdimensionner le drive pour les véhicules du milieu de gamme. Ces deux derniers aspects peuvent être améliorés avec l’augmentation du nombre de phases, au-delà de trois, grâce à la possibilité d’utiliser plusieurs harmoniques de courant pour alimenter le stator.Cette thèse s’intéresse particulièrement à l’extension de la plage de fonctionnement à puissance constante sans composants supplémentaires, grâce à la technique de changement électronique du nombre de pôles magnétiques, qui est possible pour les machines à plus de 3 phases. Cette technique permet de réaliser un effet de boite de vitesse électromagnétique continue. Dans ce cadre, un prototype de machine à induction à 13 phases est proposé et comparé à une machine à induction triphasée de référence.

2. "Fault-tolerant control of non-sinusoidal multiphase permanent magnet synchronous machine drives under constraints on current and voltage for automotive applications"
   Duc Tan VU, Thèse, Novembre 2020, url, résumé

   The electrification of transportation has been considered as one of solutions to tackle the shortage of fossil energy sources and air pollution. Electric drives for electrified vehicles, including pure electric and hybrid electric vehicles, need to fulfil some specific requirements from automotive markets such as high efficiency, high volume power and torque densities, low-cost but safe-to-touch, high functional reliability, high torque quality, and flux-weakening control. In this context, multiphase permanent magnet synchronous machine (PMSM) drives have become suitable candidates to meet the above requirements.
   The main objective of this doctoral thesis is to propose and refine fault-tolerant control strategies for non-sinusoidal multiphase PMSM drives that require less constraints on their design. In addition, constraints on current and voltage defined by the inverter and the machine are considered to optimize the machine control under the non-sinusoidal condition without exceeding their allowable limits. Therefore, the system sizing is guaranteed, especially in flux-weakening operations. The proposed fault-tolerant control strategies, based on the mathematical model of multiphase drives, enrich the control field of multiphase drives by providing various control options. The selection of one of the proposed control options can be a trade-off between a high quality torque but a low average value and a high average torque but a relatively high ripple. The control and torque performances of the drives can be refined by using artificial intelligence with a simple type of artificial neural networks named ADALINE (ADAptive LInear NEuron). With self-learning ability, fast convergence, and simplicity, ADALINEs can be applied to industrial multiphase drives. All proposed control strategies in this doctoral thesis are validated with an experimental seven-phase PMSM drive. The non-sinusoidal back electromotive force (back-EMF) of the experimental seven-phase PMSM is complex with the presence of multi-harmonics. Experimental results verify the effectiveness of the proposed strategies, and their applicability in a multiphase machine with a complex non-sinusoidal back-EMF.

3. "Méthodologie d’émulation pour le test de chaîne de puissance de véhicules électrifiés"
   Abdoulaye PAM, Thèse, Octobre 2020, url, résumé

   L’électrification des véhicules est devenue, depuis plusieurs années, une solution incontournable pour faire face aux différents problèmes écologiques dans le transport. Ainsi des véhicules électrifiés (hybrides et électriques) sont de plus en plus mis en circulation. Des procédures de tests de leurs divers composants sont mises en place pour optimiser la conception, production et qualité de ces véhicules. L’émulation (‘‘Hardware-in-the-Loop’’ simulation) de puissance est devenue une étape importante, dans le cycle de développement des véhicules, pour la réalisation de ces différents tests. Pour diminuer les contraintes de délais et de coûts, le développement rapide d’émulateurs fiables et flexibles est nécessaire. L’objectif de cette thèse est de proposer une méthode pour la mise en œuvre d’émulateurs de puissance de chaine de traction de véhicules électrifiés pour le test de leurs ensembles fonctionnels. Le formalisme REM (Représentation Energétique Macroscopique) est utilisé comme outil d’organisation pour la synthèse des divers émulateurs de puissance. La méthodologie développée est utilisée pour tester la batterie et les entrainements électriques d’un véhicule hybride série. D’abord, une représentation unifiée du modèle de simulation énergétique du véhicule hybride série est réalisée. Ensuite, cette méthodologie est appliquée au test de la batterie du véhicule cible. Elle est enfin appliquée pour le test d’entrainements électriques. Des résultats expérimentaux sont fournis tout au long de ce mémoire pour valider ces divers émulateurs.

4. "Méthodologie de commande de vibrations multimodales par modulation-démodulation synchrone : application au retour tactile "multi-touch""
   Anis KACI, Thèse, Septembre 2020, url, résumé

   Inclure un nouveau type de retour d'informations dans les interfaces homme-machine peut-être intéressant pour les utilisateurs. En plus du retour audiovisuel, l'intégration d'un retour tactile sur un clavier virtuel par exemple permet d'augmenter la vitesse de frappe et la précision des utilisateurs. Il existe une méthode permettant de produire des sensations tactiles localisées sur une plaque mince en excitant les modes de la structure. Pour cela, il est nécessaire d'assurer un régime transitoire bien précis pour chacun des modes contrôlés, ceci en dépit des différentes sources de perturbation. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la robustesse de ce type de dispositif à retour tactile grâce au contrôle en boucle fermée. La méthodologie proposée dans cette thèse consiste donc à commander en boucle fermée l'amplitude et la phase d'un mode de vibration en utilisant un contrôle par modulation-démodulation. Nous proposons un modèle dynamique d'un mode de vibration dans la base démodulée et nous établissons une approche systématique pour le calcul des gains du contrôleur en nous basant sur la commande Linéaire Quadratique. Nous développons une méthode basée sur le filtrage modal pour la généralisation du contrôle par modulation-démodulation pour le cas d'un contrôle multimodal. Cette méthode de filtrage consiste à exploiter les propriétés spatiales et fréquentielles des modes pour reconstruire les coordonnées modales des différents modes contrôlés, où chaque mode possède son propre bloc de contrôle par modulation-démodulation. Nous appliquons et validons expérimentalement les techniques proposées sur le cas d'une poutre et puis nous étendons le concept sur le cas d'une plaque mince.

5. "Impact de facteur technique sur la consommation énergétique de véhicules électriques"
   Anatole DESREVEAUX, Thèse, Mars 2020, url, résumé

   Le réchauffement climatique est un défi majeur du 21ème siècle. Les émissions de gaz à effet liés au secteur des transports est un des principaux contributeurs à ce réchauffement. Le Véhicule Electrique (VE) est une des solutions pour réduire la pollution engendrée par le secteur des transports. Mais l’autonomie du véhicule électrique est un des freins à son adoption.Dans le cadre du programme Campus Universitaire à Mobilité Neutre et Innovante et Neutre en carbone (CUMIN), l’Université de Lille cherche à réduire les émissions de gaz à effet de serre liés aux déplacements réalisés au départ, à l’arrivée ou sur son campus de la Cité Scientifique. Le VE est une des solutions envisagées. Pour encourager les conducteurs de véhicules venant sur le campus à passer au VE, l’université cherche à évaluer la consommation du véhicule en vue de proposer des solutions de recharge neutres en carbone.La consommation d’énergie ou l’autonomie des VEs dépend de nombreux facteurs et est sujette à de fortes variations. L’évaluation de ces facteurs est primordiale pour mieux estimer la consommation du véhicule. L’objectif de cette thèse est de réaliser un outil de simulation d’un véhicule électrique en vue d’évaluer l’impact de différents facteurs sur la consommation d’énergie du véhicule. L’outil de simulation proposé prend en compte la consommation d’énergie liée à la traction du véhicule et des auxiliaires, notamment, la partie confort de l’habitacle. L’outil de simulation est organisé à l’aide la Représentation Energétique Macroscopique (REM). Ce formalisme d’organisation conduit à une approche « directe » permettant de bien prendre en compte les limitations du système. Dans cette thèse, les modélisations sont validées à l’aide d’expérimentation avant de réaliser des comparaisons par simulation.

6. "Modular connected machines system for electrified vehicles"
   Kaibo LI, Thèse, Mars 2020, url, résumé

   Le système de Machines Connectées Modulaires (MCM) est un type même système multi-machine, dans lequel plusieurs machines électriques sont intégrées dans un module. Il possède une zone à haute efficacité plus large, une meilleure capacité de tolérance aux pannes et de nombreux modes de fonctionnement. Il a des perspectives possibles dans le domaine des véhicules électrifiés. L'objectif de cette thèse est de développer différents systèmes MCM pour véhicules électrifiés.Pour cela, cette thèse organise tout d'abord le modèle et la commande d'un véhicule à base de MCM via la Représentation Energétique Macroscopique (REM). L'utilisation de la REM met l'accent sur les couplages importants, qui distribuent de l'énergie. Par le biais de règles d'inversion, la REM souligne la nécessité d'introduire des critères de répartition de l'énergie dans la structure de commande. Ensuite, une méthode de calcul rapide de la cartographie de rendement pour différentes machines électriques est proposée. L'élimination de la préconception de machine électrique permet de gagner beaucoup de temps, ce qui jette les bases du dimensionnement de MCM. En suite, une méthode de dimensionnement basée sur plusieurs objectifs est proposée, pour assurer une zone à haute efficacité plus large, une densité de couple plus grande et un volume d'aimant permanent moins important. Les intérêts de différents MCM pour différents véhicules sont comparés et analysés. Enfin, deux stratégies de répartition de la puissance au sein du MCM sont développées sur la base de la stratégie d'efficacité optimale. Elles sont comparées en termes d'efficacité et de condition de fonctionnement. Une configuration Hardware-In-the-Loop (HIL) à échelle réduite est établie et les stratégies sont validées en temps réel.

1. "Energy management strategies of electric and hybrid vehicles supplied by hybrid energy storage systems"
   Bảo-Huy NGUYỄN, Thèse, Septembre 2019, url, résumé

   Electric and hybrid vehicles are among the keys to solve the problems of global warming and exhausted fossil fuel resources in transportation sector. Due to the limits of energy sources and energy converters in terms of power and energy, hybridizations are of interest for future electrified vehicles. Two typical hybridizations are studied in this thesis: • hybrid energy storage subsystem combining batteries and supercapacitors (SCs); and • hybrid traction subsystem combining internal combustion engine and electric drive. Such combined energy sources and converters must be handled by energy management strategies (EMSs). In which, optimization-based methods are of interest due to their high performance. Nonetheless, these methods are often complicated and computation consuming which can be difficult to be realized in real-world applications. The objective of this thesis is to develop simple but effective real-time optimization-based EMSs for an electric car and a parallel hybrid truck supplied by batteries and SCs. The complexities of the studied system are tackled by using Energetic Macroscopic Representation (EMR) which helps to conduct reduced models for energy management at the supervisory level. Optimal control theory is then applied to these reduced models to accomplish real-time EMSs. These strategies are simple due to the suitable model reductions but systematic and high-performance due to the optimization-based methods. The performances of the proposed strategies are verified via simulations by comparing with off-line optimal benchmark deduced by dynamic programming. Moreover, real-time capabilities of these novel EMSs are validated via experiments by using reduced-scale power hardware-in-the-loop simulation. The results confirm the advantages of the proposed strategies developed by the unified approach in the thesis.

1. "Dynamic spatial vibration form generation using modal decomposition : application to haptic surface"
   Ehsan ENFERAD, Thèse, Novembre 2018, url, résumé

   Actuellement, l'interaction haptique est visualisée, il a été démontré que le retour tactile améliore l'expérience et améliore la productivité en allégeant la charge visuelle.La plupart des technologies de retour haptique disponibles aujourd'hui sont basées sur une vision globale du monde. Ce travail aborde ce problème en développant une méthode utilisant des ondes élastiques pour réaliser des déformations de flexion planes hors plan sur une plaque mince. Dans cette étude, la décomposition modale est proposée pour obtenir une déformation contrôlée localement (stimulation haptique). L'approche nécessite seulement la connaissance du comportement modal de la structure. Cette connaissance peut être définie en utilisant sa projection sur les formes de mode. Pour des considérations pratiques, Une méthode pour définir les forces motrices dans l’espace modal. Les tensions réelles à appliquer aux actionneurs sont ensuite déduites. La méthodologie est validée sur plusieurs démonstrateurs de géométries différentes. La possibilité de contrôler l’un des deux modes de fonctionnement à l’aide d’un seul actionneur est validée en focalisant une forme prédéfinie à différents endroits. Pour éviter la limitation de la tension, un prototype à plusieurs actionneurs a été développé avec plus de vitesses. Les résultats confirment la polyvalence de la méthode. La robustesse face à l'identification des incertitudes et de la troncature est évaluée et proposée. Des tests haptiques préliminaires, avec des champs de vitesse contrastés et localisés sont présentés, montrant des résultats tangibles pour la différenciation et la localisation des stimuli par l'utilisateur.

1. "Analysis and control of nonlinear multiple input systems with coupled dynamics by the method of normal forms –Application to nonlinear modal interactions and transient stability assessment of interconnected power systems"
   Tian TIAN, Thèse Arts&Métiers ParisTech, Novembre 2017, url, résumé

   Systems composed with a sum of interconnected sub-systems offer the advantages of a better flexibility and redundancy for an increased reliability. One of the largest and biggest system based on this concept ever devised by man is the interconnected power system. Phenomena encountered in the newest interconnected power systems are more and more nonlinear and the development of new tools for their study is od major concern. Among the existing tools, this PhD work presents the development and the application of the Normal Form theory to the study of the interactions existing on an interconnected power system. The specific objectives of this PhD work are the development of the Normal Form theory up to the third order, the application of this method to study power system interarea oscillations and the gain of the developed method for the study of stability of power systems

2. "Conception d’entraînements Multi-Machines Multi-Convertisseurs à haut niveau de fiabilité fonctionnelle"
   Tiago José DOS SANTOS MORAES, Thèse Arts&Métiers ParisTech, Octobre 2017, url, résumé

   Dans les avions et lanceurs, des systèmes entraînés par l’énergie hydraulique, mécanique ou pneumatique sont progressivement remplacés par des systèmes électriques pour des raisons techniques et industrielles. Cependant, ces nouveaux systèmes doivent répondre aux contraintes économiques et de poids concernant ces domaines tout en garantissant une certaine fiabilité. Dans ce contexte industriel, des topologies innovantes multi-machines multi-convertisseurs à haut niveau de fiabilité sont comparées ici à des structures plus standards toujours tolérantes aux défaillances. Ainsi, des topologies avec des machines polyphasées couplées électriquement en série ont été choisies pour ce travail de thèse. La mise en série permet la mutualisation des bras d’onduleurs, réduisant ainsi leur nombre, et augmente la résistance totale du système. La valeur crête du courant est alors réduite lors de l’apparition de certains défauts avec, comme contrepartie, une augmentation inéluctable des pertes Joule globales. Pour que le contrôle de ces machines couplées électriquement en série soit indépendant, il est mis en évidence pourquoi le nombre de phase de ces machines doit être supérieur à 3 et avec de plus une connexion électrique spéciale permutant les phases. Une nouvelle topologie brevetée est tout particulièrement étudiée et testée expérimentalement. Apres validation du concept, des stratégies de contrôle plus complexes et des reconfigurations de la commande après le défaut sont appliquées afin de juger des potentialités d’amélioration du système. Pour les comparaisons, des simulations et des essais expérimentaux ont été réalisés. Les critères choisis pour cette comparaison ont été la puissance de dimensionnement de l’onduleur, servant d’image de son coût et de son poids, les pertes Joule et le couple pulsatoire, tous les trois pour un fonctionnement en mode dégradé.

3. "Commandes par inversion d’un véhicule à pile à combustible et supercondensateurs"
   Clément DEPATURE, Thèse Université de Lille, Avril 2017, url, résumé

   Le développement de la commande d’un véhicule à pile à combustible et supercondensateurs doit prendre en compte les contraintes liées à l’association de ses composants. La commande par inversion apporte une solution. Elle utilise une approche systémique et cognitive afin d’identifier la cause qui produit l’effet désiré et inverse les modèles des éléments associés pour obtenir une structure de commande. Ainsi, les commandes déduites de la Représentation Energétique Macroscopique (REM) et du Backstepping font partie de la catégorie des commandes par inversion. Le Backstepping déduit une commande stable de la plupart des systèmes non-linéaires. Cependant, il ne permet pas de gérer de façon claire et efficace les couplages énergétiques. Il est alors possible de décomposer physiquement le système suivant les règles de la REM. La REM permet également de séparer explicitement la commande et la stratégie de gestion de l’énergie. Dans cette thèse en cotutelle franco-québécoise, les caractéristiques des deux commandes ont été soulignées. Les deux méthodes apparaissent alors complémentaires. L’intégration du Backstepping apporte à la REM l’assurance d’une stabilité intrinsèque. Les principes de la REM, quant à eux, permettent au Backstepping de gérer les couplages énergétiques. Le développement d’une commande par inversion stable d’un véhicule à pile à combustible et supercondensateurs est donc proposé par la combinaison de ces deux méthodes de commande, suivant une procédure d’inversion combinée. La répartition des puissances du véhicule est ainsi réalisée en temps réel, sur dispositif expérimental, suivant une stratégie de filtrage et la commande stable par inversion combinée développée.

1. "Machine pentaphasée à double polarité pour électrification du domaine de transport par effet de boite de vitesse électromagnétique"
   Hussein ZAHR, Thèse Arts&Métiers ParisTech, Décembre 2016, url, résumé

   Les machines électriques à aimants, appréciées pour leurs densités énergétiques
   volumique et massique, équipent la majorité des véhicules électrifiés. Par contre, dans la zone à
   puissance constante d’un système de propulsion, les commander à pertes maîtrisées, cela en
   démagnétisant les aimants mais de façon réversible, reste une gageure, particulièrement sous
   environnement thermique changeant. Les solutions simples pour se prémunir d’une
   démagnétisation irréversible sont coûteuses: surdimensionner ou ajouter une terre très rare
   (Dysprosium).
   Cette thèse propose d’ajouter à l’approche de la démagnétisation réversible
   universellement utilisée, celle d’une boite de vitesse électromagnétique. Pour cela on conçoit
   une machine pentaphasée à aimants.
   Passer de trois à cinq phases permet alors d’augmenter les paramètres de réglage de
   l’alimentation électrique et, moyennant approximation, de disposer de deux machines fictives à
   p et 3p paires de pôles, chacune pouvant contribuer de façon équivalente à la production du
   couple. Pratiquement, l’utilisation optimale de ces deux machines permet de reconstituer la
   fonction de boite de vitesse.

2. "Tactile feedback integration on mobile communicating devices: analysis and specification"
   Thomas SEDNAOUI, Université Lille 1, Décembre 2016, url, résumé

   L’usage des écrans tactiles est devenu omniprésent ces dernières années. Ces appareils prennent une place de plus en plus importante dans notre de vie de tous les jours, on les retrouve dans nos maisons, bureaux et même dans nos poches. L’abondance de ces nouvelles interfaces a soulevé l’intérêt pour les technologies permettant une stimulation tactile, et mis en perspective le manque de ce type d’interfaces dans les nouvelles générations d’appareils mobiles avec écrans tactiles. Aujourd’hui, les appareils possédant ce type d’écran se contentent de fournir un retour sensoriel sous la forme de simples vibrations, qui n’ont pas pour objectif de recréer les sensations du toucher de surfaces. La recherche de nouvelles interfaces tactiles, plus performantes, et assurant une restitution plus proche d’une sensation naturelle est donc en cours. Plusieurs solutions technologiques ont prouvé leur efficacité mais posent des problèmes d’industrialisation. Dans cette thèse, une de ces méthodes adaptées aux écrans tactiles, la lubrification ultrasonique, est présentée. Cette méthode de stimulation s’appuie sur la création d’une onde stationnaire ultrasonore au sein d’un résonateur en verre et est capable de faire varier en temps réel la sensation de frottement entre le doigt de l’utilisateur et la surface du résonateur. Grace à des mesures tribologiques, les paramètres influents tels l’amplitude vibratoire, la vitesse d’exploration du doigt, la fréquence de résonance du stimulateur sont mis en évidence. Cette analyse permet la proposition d’une première série de spécifications techniques pour la conception de dispositifs à retour tactile. L’étude est ensuite complétée par l’analyse des problèmes d’alimentation et de contrôle du système, avec en considération les questions d’intégration au sein de dispositifs portables et les problèmes d’industrialisation du processus de fabrication. Enfin, des études psychophysiques sont menées pour affiner du point de vue perceptuel le cahier des charges de conception d’un tel dispositif.

3. "Approche multimodale pour la conception d'interfaces à retour tactile à plusieurs doigts"
   Sofiane GHENNA, Thèse Université Lille1, Novembre 2016, url, résumé

   Les dispositifs à retour tactile sont utilisés pour créer un retour sensoriel à leurs utilisateurs. Par exemple, il est possible de reproduire sous le doigt l'illusion de surfaces texturées par le contrôle de la friction entre une surface mise en vibration et le doigt de l'utilisateur parcourant la dalle. Pour la plupart de ces dispositifs, le principe de base consiste à utiliser un mode de résonance dont la fréquence et la forme sont imposées par la nature du matériau et la géométrie du dispositif. Le mode est sélectionné pour réaliser une stimulation homogène, et de ce fait elle est indifférenciée sur l'ensemble de la surface. En regard de certaines applications demandant une information plus variée, c'est un facteur limitant.
   On propose dans ce travail de thèse une nouvelle approche, basée sur la superposition de plusieurs modes de vibration. Les modes sont excités simultanément pour réaliser des déformées plus complexes et modulables, afin de générer une simulation à retour tactile multitouch. Cette approche a été validée pour le cas d'une poutre où deux modes de vibration ont été superposés pour générer une simulation tactile différenciée sous deux doigts, grâce au contrôle vectoriel de deux actionneurs piézoélectriques. Un système de suivi a été implémenté pour donner une illusion multitouch en fonction de la position des deux doigts. Cette approche multimodale a été ensuite étendue au cas d'une plaque mince où différentes distributions spatiales du déplacement ont été imposées, ce qui provoque différents coefficients de frottement sur toute la surface de la structure.
   L'approche développée dans ce travail nous a permis également de générer et de contrôler une onde progressive en amplitude et en direction. Pour cette raison, nous avons évalué l'intérêt des ondes progressives dans les interfaces tactiles. Les résultats ont montré la possibilité d'obtenir deux sensations différentes selon la direction contrôlée de l'onde progressive.
   
   Les évaluations psychophysiques des dispositifs proposés montrent clairement l'intérêt d'exploiter plusieurs modes de vibration pour une simulation à retour tactile.

4. "Tactile feedback devices : friction control and texture generation"
   Eric VEZZOLI, Université Lille 1, Septembre 2016, url, résumé

   L’usage des systèmes tactiles est omniprésent dans le monde d'aujourd'hui, où le principal moyen d’interaction est la pression d'un doigt sur l'écran de l'appareil, par exemple un smartphone ou une tablette. La capacité de ces interfaces pour rendre différentes sensations tactiles est assez limitée actuellement, et repose principalement sur la vibration de l'ensemble du dispositif, ce qui limite ses capacités de rendu tactile. Dans le domaine de l’haptique, peu de technologies sont compatibles avec les techniques d'acquisition de position capacitives ; parmi elles, on trouve les techniques de modulation de friction: electrovibration et vibrations ultrasoniques. L’electrovibration augmente la friction entre le doigt et une surface par l'attraction électrostatique créée par la mise sous haute tension de cette surface. Les vibrations ultrasoniques permettent de réduire le frottement en fonction de l'état vibratoire de la surface explorée. Dans cette thèse, une modélisation physique des deux techniques est développée et validée expérimentalement ; les règles de conception pour les systèmes tactiles exploitant ces techniques en sont déduites. De plus, l'indépendance physique et perceptive ainsi que la compatibilité des deux techniques sont prouvées par la mise au point d'un stimulateur couplé. Enfin, le développement d'un nouveau dispositif tactile, appelé E-VITA, élaboré en accord avec les règles de conception déduites, est décrit. Sur ce dispositif, une nouvelle stratégie de contrôle prenant en compte les caractéristiques perceptives du doigt, est intégrée, permettant l’augmentation des capacités de rendu tactile de ces dispositifs à friction modulable.

5. "Design and control of a tactile stimulator for real texture simulation : application to textile fabrics"
   Wael BEN MESSAOUD, Université Lille 1, Juin 2016, url, résumé

   La modulation de frottement par vibrations ultrasoniques est une des méthodes utilisées pour produire une stimulation tactile. L’amplitude de vibration est modulée en fonction de la position du doigt pour donner l’illusion à l’utilisateur de toucher une texture. L’objectif de cette thèse est de développer une interface tactile permettant de simuler la sensation tactile de textures complexes telles que des surfaces textiles. Pour ce faire, nous avons tout d’abord implanté une méthode de contrôle robuste du stimulateur tactile du L2EP grâce au développement d’un modèle du comportement vibratoire. Ce contrôle assure également le suivi de la fréquence de résonance afin d’optimiser l’efficacité énergétique du dispositif. Dans un second temps et après avoir évalué la relation entre les aspects tribologiques de l’interaction doigt/stimulateur et la perception des stimuli, nous avons prouvé par une étude statistique que le « contraste en frottement » est le paramètre le plus significatif et donc celui à programmer pour qualifier la variation de perception du frottement. Cette étude nous a menés à concevoir un nouveau dispositif tactile appelé SmartTac, intégrant des nouveaux capteurs de force permettant de mesurer et contrôler directement le coefficient de frottement pour qu’il soit adaptatif au doigt du sujet. Enfin, après avoir décrit une méthode d’extraction des propriétés tribologiques de trois surfaces textiles très différentes, la simulation de ces textures est entreprise avec le SmartTac. Notre approche est testée par la réalisation d’une expérience psychophysique sur la correspondance entre surfaces simulées et surfaces réelles : un taux de réussite de 78% valide notre démarche.

6. "Gestion d’énergie de véhicules multi-sources électriques et hybrides au travers de la Représentation Energétique Macroscopique"
   Ali CASTAINGS, Université Lille 1, Mai 2016, url, résumé

   Les véhicules routiers sont à une étape majeure de leur histoire. Face aux enjeux actuels d’ordre économiques et environnementaux, le véhicule routier du futur se doit d’être le moins énergivore et avoir une empreinte environnementale la plus réduite possible. Les véhicules multi sources représentent des solutions intéressantes afin de répondre à ces préoccupations. Cependant, ces véhicules utilisent des systèmes de propulsion particulièrement complexes tant au niveau de leur architecture que de leur commande. En particulier, la gestion des différentes sources d’énergie représente un point clé pour l’efficacité énergétique et environnementale des véhicules à concevoir. Elle devient un réel challenge dès que l’on dépasse le nombre usuel de deux sources comme dans le cas des véhicules hybrides actuels et des véhicules électriques mixtes (batterie et supercondensateurs).
   L’objectif des travaux relatifs à cette thèse est de proposer une méthodologie structurée pour la synthèse de la gestion d’énergie en temps réel, de véhicules multi-sources électriques ou hybrides. Cette démarche s’appuie sur une approche systémique utilisant la modélisation et la Représentation Energétique Macroscopique (REM) en tant qu’outil d’aide à la synthèse des modèles et de la commande associée. Une démarche systématique pour la synthèse des stratégies basées sur la commande optimale a été ensuite associée à cet ensemble profitant de la REM comme outil structurant.
   En effet, la REM respectant la causalité « physique » (causalité intégrale) d’une part, et permettant d’effectuer une distinction claire entre la commande dite « locale » et le niveau « stratégie » d’autre part, la formulation du problème de commande optimale est réalisée de manière efficace et structurée. Ainsi, en partant du cas du véhicule électrique avec un système multi-source batterie/supercondensateurs déjà étudiée dans la littérature, la méthode a été appliquée pour la synthèse d’une loi de gestion d’énergie basée sur la commande optimale. Ensuite, des sources ont été rajoutées pour passer au cas de trois sources en incluant une Pile à combustible puis quatre sources en rajoutant un groupe électrogène.
   Les principes développés sont validés par simulation et par l’intermédiaire de tests expérimentaux, afin de s’assurer entre autres, de la faisabilité en temps réel des stratégies développées.

7. "Simulation énergétique flexible d'un carrousel de métros basée sur la Représentation Énergétique Macroscopique"
   Clément MAYET, Université Lille 1, Mars 2016, url, résumé

   La sobriété énergétique des systèmes de transport est primordiale afin de limiter leur impact environnemental. Ainsi, les transports en communs électriques, tels que les métros ou tramways, sont fortement sollicités dans les zones urbaines. Diverses solutions innovantes sont apparues récemment afin d’accroître d’avantage leur efficacité énergétique (sous-systèmes de stockage d’énergie, stations d’alimentation réversibles, etc.). Cependant, au vu de la complexité des études de dimensionnement et d’optimisation, les outils de simulation numérique sont devenus indispensables. Or, ces outils sont particulièrement délicats à développer en raison des non-linéarités (non-réversibilité des sous-stations), des non-stationnarités (mouvement des rames), et des fortes interactions énergétiques qui existent au sein des systèmes ferroviaires. Cette thèse propose un nouvel outil de simulation de carrousel de métros basé sur le formalisme REM (Représentation Énergétique Macroscopique). Ce formalisme a pour volonté de structurer les modèles suivant les propriétés énergétiques du système. Il conduit à une approche de simulation « forward » et à un usage exclusif de la causalité intégrale. De ce fait, le programme de simulation proposé est issu d’une approche innovante et permet d’avoir un nouveau regard sur le système de carrousel de métros. Ces approches accroissent notamment la flexibilité de la simulation, tout en garantissant des résultats physiques. Cette thèse a, de plus, une volonté affichée de valider expérimentalement l’ensemble des modèles développés. Ainsi, au terme de ce mémoire, un programme de simulation énergétique et flexible, permettant l’étude de structures d’alimentation innovantes, est obtenu.

1. "Gestion d’énergie décomposée d’un véhicule hybride intégrant les aspects thermiques via la représentation énergétique macroscopique"
   Ludovic HORREIN, Université Lille1, Septembre 2015, url, résumé

   Le véhicule hybride combine plusieurs sources d’énergie pour se déplacer, réduisant ainsi sa consommation de carburant. La stratégie de gestion d’énergie est l’organe intelligent du véhicule qui permet de décider comment et quand utiliser ces sources. Différentes stratégies de gestions d’énergie sont possibles pour un même véhicule. Plus elle prend de contraintes en considération, plus elle est efficace, mais plus elle est difficile à réaliser en temps réel. Les stratégies de gestion d’énergie optimales permettent de déterminer la meilleure répartition de puissance pour obtenir la consommation minimale. Si cette stratégie peut être déterminée d’un point de vue théorique en simulation, elle ne peut pas être reproduite sur un véhicule réel. En revanche, il est possible de déduire une gestion d’énergie temps réel à partir des stratégies optimales. Néanmoins, cette réalisation est complexe. Si les gestions d’énergie tendent à intègrer de plus en plus de contraintes, il est à noter que la gestion du chauffage habitacle (impactant notablement la consommation d’un véhicule hybride) est cependant considérée de manière indépendante de la gestion de la chaîne de traction. L’objectif de la thèse est de proposer une gestion d’énergie globale d’un véhicule hybride incluant à la fois le système de traction et de chauffage. Pour cela, les échanges thermiques sont modélisés et organisés suivant le formalisme REM (Représentation Energétique Macroscopique) permettant d’unifier tous les modèles. Des validations expérimentales permettent de s’assurer de la précision des modèles. Enfin, une démarche progressive est proposée afin de construire une gestion d’énergie utilisable en temps réel et dont les résultats sont proches de l’optimum malgrès la complexité de cette gestion globale.

1. "Conception et commande d’un système multi-actionneurs piézoélectriques pour l’assistance au forgeage par vibrations"
   Thanh Hung NGUYEN, Thèse Arts&Métiers ParisTech, Avril 2014, url, résumé

   Il a été montré dans différentes études que l’application de vibrations ultrasonores durant le forgeage permettaient entre autre de réduire les efforts et d’améliorer la qualité du produit. Plus récemment, des effets similaires ont été obtenus à basse fréquence, pour des formes d’ondes plus complexes, mais nécessitant moins de puissance. En raison de leur rigidité, et compte tenu des amplitudes et des fréquences mises en jeu, les actionneurs piézoélectriques sont bien adaptés à la génération des vibrations nécessaires mais leurs efforts restent limités et l’effet de vibrations est exploité uniquement selon la direction verticale. L’objectif de cette étude est de proposer un système multi-actionneurs piézoélectriques afin d’obtenir une plus grande force totale et des vibrations complexes combinant des rotations autour des axes du plan de la matrice et des translation selon son axe vertical. Un système mécanique à trois degrés de liberté est conçu à cet effet en utilisant des guidages élastiques en raison des faibles déplacements des actionneurs qui excluent la présence de jeux. Pour uniformiser les étapes de conception, modélisation et commande du système, une approche systémique énergétique est abordée en utilisant l’outil de Représentation Énergétique Macroscopique (REM). A l’aide de règles d’inversion de la REM, une structure de commande et une stratégie d’alimentation originale du système sont développées et validées expérimentalement.

1. "Design and control of an integrated haptic interface for touch screen applications"
   Yi YANG, Université Lille 1, Novembre 2013, url, résumé

   The lack of haptic feedback is a significant problem of current touch screens. Without haptic feedback, users have to rely almost entirely on visual feedback to operate on a touch screen. As a result, users’ performance is deteriorated and users’ visual workload is increased. Adding tactile feedback to touch screens has shown to be a promising solution to address this problem. However, the force feedback in interactions with virtual objects on touch screens is not provided. This thesis presents the design and evaluation of an integrated haptic device for enhancing interactions on touch screens. The device consists of a cable-driven force feedback device and a squeeze film based tactile device. The cable-driven force feedback device uses four cables to provide force feedback to one finger or dual fingers through controlling the cable tensions. It can provide force feedback when the user clicks a button, grasps an object and interacts with other objects. The tactile device is based on the squeeze film effect to reduce the friction coefficient on the touch surface. We propose an accurate model to analyze the power consumption of the device and use the model to develop a large area (198 mm × 138mm) tactile device with very few piezoelectric actuators and low power consumption. Each of these two component devices can be used individually and the integrated device is able to provide simultaneous force feedback and tactile f on a touch surface. The coupled haptic feedback has been evaluated through simulating a boundary. As compared with using a single type of haptic feedback (e.g. force feedback), the coupled haptic feedback enhances the simulation by making the boundary stiffer and crisper.

2. "Conception de Machines Polyphasées à Aimants et Bobinage Concentré à Pas Fractionnaire avec Large Plage de Vitesse"
   Bassel ASLAN, Thèse Arts&Métiers ParisTech, Octobre 2013, url, résumé

   L’objectif de la thèse est la conception d’une machine électrique dédiée à des applications Mild-Hybrid. En assurant certaines fonctionnalités, cette machine permet de réduire la consommation de carburant dans le véhicule et par conséquent réduire la quantité des gaz rejetés. Les contraintes exigées par un tel domaine à la fois pour le couple et la puissance nous amène à étudier les machines synchrone polyphasée à aimants avec un bobinage concentré autour des dents. Cette technologie de bobinage permet d’obtenir des machines de rendement élevé qui sont faciles à fabriquer, réparer et recycler, mais avec un certain niveau d’effets parasites. Afin de trouver un compromis entre ces effets et la capacité à fournir de couple, la thèse concerne l’étude des topologies de bobinage à pas dentaire avec différentes combinaisons Encoches/Pôles. Un modèle analytique constituant un outil permettant de comparer les pertes d’aimants entre les différentes combinaisons est développé. De nombreuses configurations sont comparées afin de faire le choix le plus adéquat pour minimiser les effets parasites. Les topologies rotoriques qui permettent à la machine de présenter une large plage de vitesse sont examinées, mais en tenant compte également de la nécessité de protéger leurs aimants contre des harmoniques nocifs de FMM. Enfin, l’exploitation du degré de liberté offert par une structure à 5 phases est abordée montrant que, le couple peut être significativement boosté en modifiant la structure de rotor. La cohérence de toutes les études analytiques menées dans la thèse est corroborée par des modèles en éléments finis et des mesures effectuées sur un prototype.

3. "Modélisation et commande d’un système à trois phases indépendantes à double fonctionnalité : Traction Électrique et Chargeur Forte Puissance pour application automobile"
   Alexandru-Paul SANDULESCU, Thèse Arts&Métiers ParisTech, Septembre 2013, url, résumé

   La topologie onduleur à six bras associé à une machine triphasée à phases indépendantes a la propriété d’offrir, dans le cadre applicatif de l’automobile, une double fonctionnalité, traction et chargeur forte puissance. Cet avantage nécessite, par contre, le contrôle des composantes homopolaires classiquement nulles lors de la présence d’un couplage en étoile. Cette thèse propose alors, d’une part une étude et une modélisation des onduleurs multi-bras et, d’autre part, développe des stratégies de contrôle-commande adaptées à la présence des grandeurs homopolaires. Les algorithmes de commande classiques de l’onduleur sont comparés et une stratégie vectorielle originale, dite Z-SVM permettant d’annuler le courant homopolaire haute fréquence, est développée. Enfin, il est montré comment la gestion des composantes homopolaires aux valeurs moyennes permet d’accroître les performances de l’ensemble à faible comme à haute vitesse, en jouant sur les zones avant et après défluxage des caractéristiques couple-vitesse. Les solutions proposées sont validées sur un banc expérimental composé d’une machine prototype spécialement développée pour une application automobile et alimentée par un onduleur six-bras commandé par des composants de type FPGA. Les stratégies proposées sont comparées en termes de performances et de complexité algorithmique.

4. "Contribution au transport de poudre par actionnement piézoélectrique ultrasonique"
   Razvan CHITIC, Université Lille 1, Juillet 2013, url, résumé

   Les systèmes industriels de transport de poudre sont, en général, des systèmes mécaniques bruyants, énergivores, mais surtout coûteux en maintenance. L’objectif de cette thèse consiste à investiguer des solutions alternatives exploitant des vibrations ultrasonores, moins contraignantes pour la structure et ses jonctions. Dans une première partie, une méthode de transport, baptisée « frottement contrôlé », exploite un actionnement piézo-électrique afin de moduler le coefficient de frottement équivalent entre la poudre et son guide de transport en mouvement. La mise en oeuvre expérimentale de cette méthode démontre son potentiel et vient également corroborer une proposition de modèle analytique simplifié pour ce mode de transport. Dans une seconde partie, des solutions exploitant uniquement des vibrations ultrasonores sont étudiées. Ces solutions se basent sur la génération et le contrôle d’une onde progressive acoustique dans un élément de type poutre ou tube. Des modèles analytiques et éléments finis de ces différentes solutions de transport sont exploitées afin de mieux appréhender les phénomènes physiques influençant le transport, mais aussi afin d’optimiser le dimensionnement de la structure en minimisant le taux d’onde stationnaire. En se basant sur les considérations et préconisations précédentes, des bancs de tests spécifiques à chacune des solutions envisagées sont développés. Les différentes campagnes d’essais réalisées permettent finalement de mener une analyse comparative de la qualité des solutions de transport de poudre par onde ultrasonique.

5. "Structuration de la commande de la simulation au prototype d’un véhicule hybride double parallèle au travers de la Représentation Energétique Macroscopique"
   Tony LETROUVE, Université Lille1, Mars 2013, url, résumé

   Les véhicules électriques hybrides sont, depuis quelques années, en émergence sur le marché automobile. Ces véhicules, alliant plusieurs technologies dont la technologie « thermique » permettent d’assurer une transition progressive vers des véhicules localement propres (véhicules électriques à batterie, véhicules électriques à pile à combustible). La complexité inhérente de ces véhicules rend plus délicate l’élaboration de leurs commandes locales et globales. De la maîtrise d’une seule source d’énergie pour le véhicule thermique, on passe à la maîtrise de plusieurs sources. La répartition optimale entre les différentes sources permettant d’assurer la traction du véhicule est un point de complexité indissociable de ces nouvelles technologies. L’objectif de cette thèse est de proposer une méthode de structuration de la commande de ces véhicules complexes. Elle sera réalisée grâce à la REM (Représentation Energétique Macroscopique), formalisme de représentation fonctionnelle qui permettra d’uniformiser les différentes étapes du développement de la commande, de la simulation jusqu’à la validation sur prototype. De plus, des étapes intermédiaires d’émulation (Hardware-In-the-Loop simulation) seront formalisées avec la REM pour les validations partielles de sous-systèmes et de leurs commandes.

1. "Energetic Macroscopic Representation and multi-level energy managment for heavy-duty Hybrid Vehicles using double planetary geartrain"
   Ali SYED, Université Lille1, Juin 2012
2. "Méthode de modélisation et de commande des systèmes de positionnement multi-actionné de type Axe Gantry"
   Ivan Mauricio GARCIAHERREROS, A&M ParisTech, Mai 2012
3. "Conception et Contrôle d’un Périphérique Dédié à la Simulation Couplée Kinesthésique et Tactile"
   Tao ZENG, Université Lille1, Janvier 2012

1. "Méthodologies de Modélisation et de gestion de l’énergie de systèmes de stockage mixtes pour véhicules électriques et hybrides"
   Anne-Laure ALLEGRE, Université Lille1, Septembre 2010, url, résumé

   Résumé : Les véhicules thermiques conventionnels se trouvent dans une situation critique. Les solutions Véhicules Electriques (VE) et Véhicules Electriques Hybrides (VEH) nécessitent de stocker à bord du véhicule de l’énergie électrique. Ce stockage se fait principalement par batteries et pose des problèmes d’autonomie, durée de vie et poids. Un moyen pour répondre à ces problématiques consiste à associer deux Systèmes de Stockages d’Energie (SSE) électriques complémentaires. L’objectif de la thèse vise à proposer une méthodologie d’étude des associations de SSE électriques pour VEs et VEHs de façon en déduire des règles de modélisation, de commande et de dimensionnement. Une architecture et une REM générales de VEs mixtes sont établies. La REM générale permet de mieux analyser le système et de simuler l’ensemble des architectures avec un même programme. L’architecture générale permet de tester différentes architectures sur un même banc expérimental. Cette REM est étendue à des véhicules à 3 SSE. La méthodologie de modélisation est appliquée, en particulier, à deux VEs mixtes, puis étendue à un VEH mixte et un VE mixte utilisant trois SSE électriques. Les SSE électriques utilisés sont constitués de batteries et de supercondensateurs. Les structures de commande de chaque véhicule présenté sont élaborées, validées par simulation et par expérimentation en utilisant la simulation Hardware-in-the-Loop (HIL) ou sur véhicule réel. Différentes stratégies de gestion de l’énergie ont été développées pour la voiture électrique mixte. Une étude montre l’influence de ces stratégies notamment sur la consommation de l’énergie électrique de la batterie, sa durée de vie et son dimensionnement.
   
   
   Résumé (anglais) : Conventional vehicles are in a critical situation. The solutions Electric Vehicles (EV) and Hybrid Electric vehicle (HEV) need on-board electric energy storage. Generally, batteries are used, and lead some problems as: autonomy, lifetime, weight…The association of two complementary electric Energy Storage Systems (ESSs) could be a good device to ameliorate the on-board storage. The objective of the thesis aims to propose a methodology of study of electric EESs associations for EVs and HEVs in order to deduce model, control and sizing rules. General topology and Energetic Macroscopic Representation (EMR) of mixed EVs are established. The general EMR allows a better analyse of the system and allows simulating all topologies with one program. The general topology allows testing different topologies on a same experimental bench. The EMR is extended to mixed vehicles using three EESs. The modelling methodology is in particular applied to two mixed EVs, and extended to a mixed HEV and a mixed VE using three electric ESSs. The used electric ESSs are constituted of batteries and supercapacitors. The control structures of each vehicle are built, validated in simulation and in experimentation using a reduced scale Hardware-in-the-Loop (HIL) simulation or on a real vehicle. Different energy management strategies have been developed for the mixed electric car using batteries / supercapacitors. A study shows the influence of these strategies, in particular on the electric consumption of the batteries, their lifetime and their sizing. Some strategies have been validated experimentally on the real mixed electric microbus.

2. "Caractérisation et commande des entraînements polyphasés en mode degrade d’alimentation"
   Yvan CREVITS, Université Lille1, Juillet 2010
3. "Systèmes de suspension semi-active à base de fluide magnétorhéologique pour l’automobile"
   Hussein SLEIMAN, A&M ParisTech, Juin 2010
4. "Common energetic macroscopic representation and unified control structure for different hybrid electric vehicles"
   Keyu CHEN, , Mai 2010

1. "Modélisation et multiphysique des elements de stockage et de conversion d’énergie pour les véhicules électriques hybrids. Approche systémique pour la gestion d’énergie"
   Loïc BOULON, Université Lille1, Juillet 2009
2. "Modélisation et commande d’un alterno-démarreur heptaphase pour application automobile micro-hybride"
   Antoine BRUYERE, Université lille1, Mai 2009
3. "Actionneurs Piézo-électriques dans des interfaces homme-machine à retour d’effort"
   Zheng DAI, de l’Université des Sciences et technologies de Lille, Mars 2009
4. "Actionneut piézo-électrique commandable en frottement variable pour application haptique"
   Gaston M’BOUNGUI, de l’univerité des sciences et technologies de Lille, Janvier 2009

1. "ANALYSE DE SYSTÈMES MULTI-ACTIONNEURS PARALLÈLES PAR UNE APPROCHE GRAPHIQUE CAUSALE - APPLICATION A UN PROCESSUS ÉLECTROMÉCANIQUE DE POSITIONNEMENT RAPIDE "
   Julien GOMAND, Arts et Métiers ParisTech (ENSAM), Décembre 2008, url, résumé

   ANALYSE DE SYSTEMES MULTI-ACTIONNEURS PARALLELES PAR UNE APPROCHE GRAPHIQUE CAUSALE - APPLICATION A UN PROCESSUS ELECTROMECANIQUE DE POSITIONNEMENT RAPIDE __________________
   Résumé : L’augmentation des cadences de production nécessite la recherche de performances dynamiques toujours plus élevées pour les dispositifs de positionnement, conduisant à l’utilisation d’axes multi-actionneurs parallèles. Une configuration bi-actionnée en gantry est une solution mécanique qui permet de conférer une accélération élevée à l’axe, mais pose la problématique de la synchronisation des actionneurs mis en collaboration. Un état de l’art de la commande de tels dispositifs électromécaniques met en évidence un manque général de prise en compte du couplage mécanique entre les deux actionneurs, conduisant à des architectures de commande complexes sur le plan structurel et du réglage. L’approche proposée dans cette étude constitue une alternative à ces commandes en mettant en œuvre une approche graphique structurée selon les lois de la causalité physique. Dans un premier temps, l’axe en gantry sert de support à l’étude de propriétés graphiques du formalisme Graphe Informationnel Causal (GIC) développé au L2EP. L’ordonnancement des représentations selon la causalité intégrale conduit à une simplification globale de l’analyse structurelle des systèmes physiques, facilitant le choix des variables d’état indépendantes à contrôler. La modélisation dynamique proposée pour l’axe considéré, associée à des méthodes d’identification expérimentale, est exploitée pour la déduction d’architectures de commande et de méthodes de réglage permettant d’améliorer les performances de synchronisation dynamique des deux actionneurs par une meilleure gestion du couplage. Les problématiques de la modélisation et de la compensation des ondulations de force générées par les moteurs linéaires synchrones à aimants permanents, ainsi que de la gestion énergétique de l’ensemble de l’axe sont également abordées. ____________
   Mots-clés : Graphe Informationnel Causal (GIC), Modélisation Dynamique, Commande par Inversion, Axe de Positionnement en Gantry, Moteur Linéaire Synchrone, Mécatronique. ______________________________
   ______________________________________________________________________________________
   ANALYSIS OF PARALLEL MULTI-ACTUATED SYSTEMS USING CAUSAL ORDERING METHODS - APPLICATION TO MOTION CONTROL OF A DUAL-DRIVE HIGH-SPEED POSITIONING GANTRY STAGE
   Abstract: High-dynamic positioning systems are required to increase production rates. A dual-drive gantry configuration is a mechanical solution which offers higher acceleration levels. However, the two parallel collaborative linear actuators have to be perfectly synchronized. Present control solutions for such an electromechanical device shows complex control structures, without real consideration of the mechanical coupling, which leads to compensator tuning difficulties. The proposed approach is model based, using physical causality ordering laws. First of all, the gantry axis is used as an example to study the graphical properties of the Causal Ordering Graph (COG) formalism, developed by the L2EP laboratory. It simplifies the structural analysis of physical systems, and facilitates the identification of independent state variables to be controlled. A dynamic model of the considered gantry axis is then established, and experimental identification methods are developed. Inversion-based decoupling motion control allows simple tuning methods and leads to improved synchronizing performances. The compensation of force ripples generated by permanent magnet linear synchronous motors and the global system energetic control are also studied. ____________
   Keywords: Causal Ordering Graph (COG), Dynamic Modelling, Inversion-based Decoupling Motion Control, Dual-drive Gantry Stage Positioning System, Permanent Magnet Linear Synchronous Motor (PMLSM), Mechatronics.
   

1. "Commande Optimisée d’un Actionneur Linéaire Synchrone pour un Axe de Positionnement Rapide"
   Ghislain REMY, Thèse de Génie Electrique, ENSAM, Décembre 2007, résumé

   Les moteurs linéaires sont devenus des composants incontournables dans le domaine de la conception des machines de production. L’actionneur synchrone à aimants permanents (PMLSM) constitue le principal composant et permet aujourd’hui d’obtenir des performances nettement supérieures à celles de son homologue rotatif accouplé à un système de transformation de mouvement. Cependant, pour utiliser ces constituants de façon optimale, il est nécessaire de prendre en compte dans la commande les spécificités de ce type d’actionneur. En effet, des phénomènes électriques et magnétiques, tels que les forces électromotrices non-sinusoïdales, la saturation des inductances et les forces de détente, génèrent des forces ondulantes perturbatrices pour la partie mécanique. L’objectif de cette étude est donc, dans un premier temps, d’améliorer la modélisation de ces moteurs linéaires en vue de leur commande. Des méthodes analytiques et éléments-finis sont utilisées pour quantifier l’importance de ces phénomènes sur la force de poussée. Puis, dans une deuxième partie, nous définissons les structures de commande optimales permettant de prendre en compte les phénomènes retenus. Le formalisme du Graphe Informationnel Causal (GIC), développé par le laboratoire L2EP, est utilisé pour représenter et définir de façon systématique les structures de commande retenues. Les méthodologies d’inversion du GIC sont détaillées pour permettre la définition des structures de commande en Boucles Fermées et Non-Fermées. Les structures classiques de commande industrielles sont analysées et de nouvelles structures de commande sont proposées pour la commande en force d’un moteur linéaire LMD10-050 de la société ETEL

2. "Conception et Contôle d’Actionneurs Electro-actifs Dédiés à la Stimulation Tactile"
   Mélisande BIET, Thèse de Doctorat, Décembre 2007, url, résumé

   The aim of this PhD thesis is to suggest a tactile device capable of increasing our immersion in a virtual environment by stimulating the fingertip. This device belongs to the framework of haptic devices. From a study on the dynamic touch for textures perception, we propose an innovative tactile device which allows simulating various finely textured surfaces. In this PhD, fundamentally multidisciplinary, we first establish the specifications in order to get a practical tactile device based on the generation of a slippery feeling. After having identified the phenomena responsible of this slippery feeling by height frequency vibrations, we realize the design of a tactile plate able to vary this effect, namely the friction coefficient perceived by users. This plate vibrates thanks to piezo-ceramics glued onto one of the two surfaces. This design has been checked by simulation with finite elements software and then the retained configuration has been made. Thereafter the control of the vibrating plate allows us to modulate the friction coefficient in order to obtain various patterns. In a last section, our tactile device has been evaluated according to psychophysical experiment. Several gratings have been simulated to know the abilities of the subject to discriminate spatial period on the tactile plate. The efficiency of the device has been compared with the one of the real textures.

3. "Gestion d’énergie de véhicules électriques hybrides basée sur la représentation énergetique macroscopique"
   Walter LHOMME, , Novembre 2007, url, résumé

   Résumé – La résolution du problème de pollution est l’un des défis du XXIème siècle. Ces dernières années ont vu un développement important de Véhicules Électriques Hybrides (VEHs) qui allient les avantages
   des propulsions thermique (autonomie) et électrique (faible pollution). Le système embarqué est de
   plus en plus complexe car il multiplie les éléments de conversion énergétique ainsi que les couplages.
   L’objectif de ce travail est de proposer une méthodologie d’étude de VEHs pour en déduire des règles
   de commande (gestion locale de l’énergie) et de stratégie (gestion globale de l’énergie). Nous avons
   utilisé la Représentation Énergétique Macroscopique (REM), qui décrit de manière synthétique des
   systèmes complexes et leur commande, basée sur le principe d’action et de réaction des éléments
   connectés. Trois types de véhicules ont ainsi été étudiés, les architectures hybrides série, parallèle et
   mixte. La REM permet de mettre en avant les noeuds énergétiques des VEHs étudiés. En se basant sur
   l’exploitation des contraintes et propriétés énergétiques des sous systèmes associés, l’inversion de ces
   couplages fait apparaître, au sein de la structure de commande locale, les divers degrés de liberté qui
   mènent à l’articulation de la gestion globale de l’énergie des architectures étudiées. De part la complexité
   et la multidisciplinarité des véhicules hybrides, ce travail a également participé à l’extension
   des travaux de formalisme pour la commande et la gestion d’énergie des systèmes à énergies réparties.
   De nombreux travaux sont en cours et restent à faire pour développer ce type de véhicule.

4. "Synthèse et réglage de lois de commande adaptées aux axes souples en translation - Application aux robots cartésiens 3 axes"
   Frédéric COLAS, Automatique et Informatique Industrielle, Novembre 2007
5. "Représentation Énergétique Macroscopique du métro VAL 206 et structures de commande déduites par inversion"
   Jean-Noël VERHILLE, spécialité Automatique, ENSAM,, Novembre 2007, résumé

   Le VAL 206 comportant plusieurs machines et/ou plusieurs convertisseurs appartient de
   fait à la famille des Systèmes Multimachines Multiconvertisseurs (SMM). Ces systèmes se
   caractérisent par la mise en commun de plusieurs ressources physiques entre les éléments
   de conversion d’énergie. Il en résulte des couplages (électrique, mécanique ou magnétique)
   dont la gestion présente des problèmes du point de vue de la commande. La modélisation
   du VAL 206 présenté dans ce mémoire est réalisée au travers de la Représentation
   Energétique Macroscopique (REM) basée sur les échanges énergétiques entre les différents
   éléments. Cette modélisation a permis d’obtenir un modèle de simulation du système de
   traction global, une comparaison avec des résultats sur système réel ont validé ce modèle.
   La démarche systématique d’inversion de la REM a permis d’obtenir une Structure
   Maximale de Commande (SMC) mettant en évidence les grandeurs électriques mécaniques
   ainsi que les couplages du processus. Diverses simplifications en sont déduites et il a été
   démontré que la commande actuelle du VAL 206, correspond à une résolution particulière
   des couplages du type maître-esclave. Parmi les commandes simplifiées, deux structures
   pratiques de commande ont été plus particulièrement étudiées. Elles offrent des
   performances dynamiques intéressantes en présence d’une perte d’adhérence du véhicule.
   L’inversion de la loi de contact roue-sol pose cependant un problème lié à la non-linéarité
   et la non-stationnarité de ce phénomène. Une commande à modèle de comportement a été
   utilisée pour palier à ce problème. Ce type de commande a tout d’abord été étendu aux
   systèmes multimachines. Son utilisation autorise le maintien des performances dynamiques
   du véhicule en présence d’un phénomène de patinage. Les diverses lois de commande
   proposées ont été testées sur un banc d’essai expérimental à puissance réduite, ce qui
   prouve leur faisabilité.

1. "Prise en compte des phénomènes vibratoires dans la génération de commande des machines-outils à dynamique élevée"
   Richard BEAREE, Thèse Automatique, ENSAM, Décembre 2005, url, résumé

   The increasing demands in terms of productivity lead the high-dynamics systems to the maximum of their technological and structural capacities, invalidating the classical assumption of a rigid body dynamics. Consequently, the system control cannot neglect the influence of the vibratory phenomena on the accuracy of the contour tracking, but it has to modulate the command efforts in order to realize the adequacy between the intrinsic system characteristics and the speed and accuracy criteria. This study aims at improving the dynamic behavior of these machines by a direct action on the command generation. The command generation is divided into two main functions: (1) the elaboration of a movement law for the system states to control, which is used as reference for controls (indirect control); (2) the definition of a prefilter transforming the movement law into a reference signal for the input of the physical system (direct control). If correctly managed, these two functions make it possible to dissociate the regulation and the contour tracking problems. Initially, they are specifically study in the case of one axis movement. Thus, the influence of various movement laws (harmonic, polynomial, piecewise polynomial or multi-switch bang-bang law) on the vibrations and on the movement time is formalized. A design methodology for the prefilter adapted to the flexibilities of an axis is presented; it puts forward the required degree of continuity, which the law of movement must satisfy. Then, after experimental validations on several high-dynamics test-setups, the results and methodologies are adapted to the contour-tracking problem for two Cartesian axes. A part of the study is devoted to the pragmatic comprehension of the control structure, which is classically used in industry.

1. "Modélisation vectorielle multimachines pour la commande des ensembles convertisseurs machines polyphasés"
   Xavier KESTELYN, , Décembre 2003, url

1. "Modélisation causale et commande d’un actionneur piézo-électrique à onde progressive"
   Frédéric GIRAUD, Université de Lille 1, UFR IEEA, Juillet 2002, url, résumé

   Les moteurs piézo-électriques à onde progressive, grâce à leur caractéristique fort couple –
   basse vitesse et leur faible encombrement, proposent une alternative intéressante aux machines
   électromagnétiques dans les systèmes automatisés. Cependant, leur structure vibrante et les
   caractéristiques tribologiques complexes à l’interface stator-rotor les rendent difficiles à
   commander.
   C’est afin de déterminer les lois de commande adaptées que nous avons d’abord modélisé
   de manière causale le moteur. Nous avons discuté de la pertinence de ce modèle, soit par
   comparaison avec un modèle plus complexe et plus précis, soit expérimentalement par des relevés
   sur un moteur commercialisé.
   Cette modélisation a conduit d’une part à l’élaboration d’un protocole d’identification des
   paramètres du moteurs insensible aux non linéarités inhérentes aux matériaux piézo-électriques.
   D’autre part, le Graphe Informationnel Causal, utilisé pour la représentation du modèle, a
   permis, par son inversion, l’établissement des lois de commande. Nous avons alors été capables
   d’établir plusieurs stratégies d’autopilotage originales; nous n’en avons retenu qu’une, qui a été
   mise en oeuvre sur un banc expérimental. Cette commande a été testée sur un dispositif à retour
   d’effort, application à très basse vitesse pour laquelle un contrôle précis du couple est nécessaire.

1. "OUTILS ET MÉTHODOLOGIE D’ÉTUDE DES SYSTÈMES ÉLECTRIQUES POLYPHASÉS. GÉNÉRALISATION DE LA MÉTHODE DES VECTEURS D’ESPACE"
   Eric SEMAIL, these, Juin 2000, url, résumé

   La démarche générale du mémoire consiste à utiliser des outils mathématiques permettant d’élaborer un formalisme vectoriel applicable aux systèmes électriques au sens large. Ce formalisme bénéficie à la fois des propriétés graphiques et géométriques de la théorie des vecteurs d’espace qu’il généralise et de la puissance du calcul matriciel. Aussi, est-il tout particulièrement adapté à l’étude des systèmes polyphasés. Tout d’abord, on caractérise les modulateurs d’énergie indépendamment de leurs charges. Pour cela des espaces vectoriels leur sont associés ainsi que des familles de vecteurs qui les caractérisent. Il est possible alors de définir quel type de charge le modulateur est capable de contrôler. Les degrés de liberté de la commande trouvent également une formulation mathématique. Les exemples traités sont les onduleurs de tension monophasé et triphasé deux niveaux. L’approche conduit, dans le cas d’une commande aux valeurs moyennes, à un calcul original des durées de conduction des interrupteurs en utilisant la notion de barycentre. Les algorithmes obtenus, généralisables aux onduleurs à n bras, comportent un nombre réduit d’opérations logiques et arithmétiques.
   Le formalisme est ensuite appliqué à la machine asynchrone triphasée avec q barres au rotor ; ceci nous permet d’expliciter
   la notion de rotor diphasé équivalent. La machine asynchrone pentaphasée est également modélisée et l’approche développée met en évidence les conditions que doit remplir l’onduleur à 5 bras pour l’alimenter correctement. Dans la dernière partie, un onduleur de courant à Modulation de Largeur d’Impulsions est étudié à l’aide du formalisme. Les non-linéarités de la commande sont prises en compte vectoriellement, notamment, de façon originale, celle concernant la durée minimale de conduction des interrupteurs. On décrit enfin l’implantation matérielle de cette commande sur microcontrôleur 16 bits et présente les résultats expérimentaux dans le cas d’une charge constituée d’une machine asynchrone triphasée en parallèle avec des condensateurs.