Academic literature on the topic 'Systèmes dynamiques hybrides – Simulation par ordinateur'

La plupart des travaux concernant la modelisation et la simulation des systemes dynamiques hybrides traitent l'aspect continu et discret comme deux entites distinctes. Dans cette these, nous utilisons un paradigme de specification unique pour l'etude des systemes dynamiques hybrides. Nous montrons comment construire une specification a evenements discrets d'un systeme dynamique sans imposer la contrainte classique sur les trajectoires d'entrees-sorties. En effet, les abstractions a evenements discrets de systemes dynamiques imposent que les trajectoires d'entrees-sorties sont constantes par morceaux. Nous avons generalise ce type d'abstraction a toute trajectoire polynomiale continue par morceaux. Nous definissons alors un evenement comme une variation d'au moins un des coefficients du polynome et l'ordre d'un evenement comme le degre maximum du polynome. Pour les modeles composites, encore appeles modeles structurels, la communication entre les composants s'effectue par l'intermediaire de ports d'entree-sortie. Nous avons etendu le concept de port en ajoutant la notion d'ordre (ordre de l'evenement qui peut etre accepte sur ce port). Le probleme pose ensuite est de faire communiquer deux modeles possedant des ports d'ordre different afin de simuler un modele composite. Pour cela, nous utilisons des modeles de couplage qui effectuent la transformation d'une trajectoire polynomiale par morceaux d'ordre n en une sequence de trajectoires polynomiales par morceaux d'ordre m (n et m etant l'ordre des ports interconnectes). Ces extensions contribuent a generaliser le formalisme devs tout en conservant tous ces avantages (modeles hierarchiques, reutilisabilite, rapidite, etc. ). Ce memoire illustre cette theorie au travers de nombreux exemples, modelises et simules grace a une plateforme logicielle developpee a cet effet.

Les avancées des dernières décennies dans le domaine de l’électronique ont permis l’intégration plus facile des dispositifs de commande à base de convertisseur sur un plus grandnombre d’application, des plus simples, tel que les sources d’alimentation des PCs, la téléphonie mobile, l’alimentation des moteurs à courant continu, au plus complexes, tel que les technologies aérospatiales, les appareils à utilisation médicales, les TGVs, etc. Afin de mieux prendre en compte la complexité de tels systèmes, dans les dix dernières années, le paradigme des systèmes hybrides a été appliqué pour la résolution des problèmes rencontrés dans ce domaine. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse est de proposer une démarche compositionnelle systématique qui associant un nouveau modèle logique pour les conditions de commutation des interrupteurs en complément de leur aspect énergétique permet d’obtenir un modèle complètement explicite. Cette approche doit permettre un traitement unitaire dans les phases de modélisation et de simulation de tous les convertisseurs utilisés dans les applications
The goal of this thesis is to provide a systematic method that finds an explicit model for electronic power converters in the context of hybrid dynamical systems. This study has been triggered by the wide integration of these devices in control in a large area of applications (e. G. The power supplies for PCs, mobile phones and DC motors, medical use equipment, TGVs, aeronautics, etc. ) and the latest interest from the control engineering community in addressing this kind of problems from the hybrid systems point of view. In order to achieve the objective, the present work integrates in a compositional approach previous results issued from energy based formalisms like the bond graphs with a new switch model that enhances the logical commutation conditions. The proposed method provides a generic solution for the modelling and the simulation phases of electronic power converters, from simple ones, as the “buck”, the “boost”, the “buckboost”, to more complex resonant converters, one such converter issued from medical imaging being used as a case study

L’épuisement rapide des sources d’énergie conventionnelles, l’augmentation de la demande énergétique mondiale et la lutte contre les émissions polluantes durant ces dernières années ont renouvelé l’intérêt du développement des sources d’énergie renouvelables. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail est de contribuer à la recherche de solutions pour la problématique de dimensionnement des Systèmes Électriques Hybrides de Production Décentralisée d’Électricité (SEHPRE) alliant des sources renouvelables et conventionnelles pour les sites isolés où le prix d’extension du réseau électrique est prohibitif. Notre démarche a consisté à formuler le problème de dimensionnement des SEHPRE en un problème d'optimisation non linéaire sous contraintes dont la principale fonction objectif est le coût total du SEHPRE sur une période 20 ans. Après une étude bibliographique de la littérature scientifique, des modèles énergétiques des différents éléments constituant un SEHPRE sont élaborés en se basant sur les données météorologiques disponibles. Le code OPTISEH dédié à l’optimisation du dimensionnement des SEHPRE a été ensuite développé et implémenté sous MATLAB®. Ce code a été éprouvé dans le cadre de dimensionnement de plusieurs structures des SEHPRE pour satisfaire le profil de consommation d'une unité résidentielle de petite puissance sur un site de la région de la ville du Havre. Enfin et pour chacune des structures optimales de SEHPRE obtenues, une analyse détaillée liant ces solutions aux ressources énergétiques du site et au profil de consommation a été effectuée et leur pertinence discutée
The rapid depletion of conventional energy sources , increasing global demand for energy and the fight against emissions in recent years have renewed interest in the development of renewable energy sources. In this context, the objective of this work is to contribute to finding solutions to the problem of Sizing Electric Hybrid Systems Dispersed Generation of Electricity (SEHPRE) by combining renewable and conventional sources for remote sites where the price of the extension is prohibitive. Our approach has been to formulate the problem of sizing SEHPRE in a nonlinear constrained optimization problem whose main objective function is the total cost of SEHPRE over 20 years. After a review, based on a scientific literature, the energy models of various elements constituting a SEHPRE are developed based on available meteorological data. The program OPTISEH dedicated to the sizing optimization of SEHPRE was then developed and implemented in MATLAB®. This code has been tested under the design of several structures SEHPRE to satisfy the consumption profile of a residential unit on a small power site in the region of Le Havre. Finally and for each optimal structures SEHPRE obtained a detailed analysis linking these solutions to the site and energy resources consumption profile was performed and discussed their relevance

Cette thèse apporte quatre principales contributions : une méthode d'éliminateur de phénomènes de ''chattering'' d'automates hybrides, par calcul d'une dynamique régulière équivalente à l'aide d'une convexification de Filippov ; une méthode d'accélération de la simulation de certains comportements Zénon, dits géométriques, pour certains automates hybrides ; des preuves de préservation par les méthodes ci-dessus d'une sémantique des automates hybrides à base d'analyse non-standard ; développement de trois logiciels prototypes, l'un sous la forme d'une bibliothèque Simulink, le second sous la forme d'un environnement de simulation de composants FMI, et le troisième étant une implémentation de la méthode de régularisation dans le langage de modélisation de systèmes hybrides Acumen
This thesis deals with Zeno behavior of hybrid systems, and it has four main contributions : a method of eliminating "chattering" phenomena of hybrid automata, by computing an equivalent dynamics using a new convexification approach ; a method for accelerating the simulation of geometric-Zeno behavior in which the solution converges to a Zeno limit point according to a geometric series ; a proof of preservation by the above methods of a semantics of hybrid automata based on non-standard analysis ; a development of three prototype software, one in the form of a Simulink library, the other in the form of an FMI simulation environment, and the third being an implementation of the regularization method in the Modeling and simulation tool Acumen

Les travaux de thèse concernent le développement d’une plateforme d’émulation temps réel destinée aux études théoriques et expérimentales des systèmes hybrides éolien- hydrolien. Diverses architectures de couplages énergétiques sont traitées sur la base des similitudes fonctionnelles des deux systèmes et par des concepts d’émulation à la fois numériques et expérimentaux. La notion de simulation en temps « accéléré » a été développée. Le concept a été validé sur la plateforme expérimentale en utilisant l’évolution de la puissance moyenne délivrée par une turbine éolienne de petite puissance. Cette approche pourra permettre de réduire les temps d’observation des campagnes de mesure, d’accélérer les études sur le potentiel éolien des sites en développement. Nous avons développé également deux types de couplage du système hybride éolien-hydolien. Un couplage électrique basé sur la connexion en parallèle sur un bus continu des deux turbines. Nous avons développé un concept innovant d’un couplage électromécanique basé sur l’utilisation d’une seule génératrice asynchrone sur laquelle sont simultanément couplés les arbres de la turbine éolienne et de la turbine hydrolienne. Pour cela, un servomoteur à commande vectorielle nous a servi à émuler la turbine éolienne pendant qu’un moteur synchrone nous a servi d'émulateur de turbine hydrolienne. L’arbre de la génératrice sert de couplage mécanique entre les deux systèmes. Nous avons mis en évidence dans les expérimentations effectuées, la complémentarité des productions électriques des deux systèmes, et également le besoin de leur adjoindre un système de stockage pour palier à une baisse simultanée de deux productions d’énergie
The thesis work concerns the development of a real-time emulation platform for theoretical and experimental studies of offshore wind and tidal power hybrid systems. Various energy coupling architectures are processed on the basis of the functional similarities of two systems and by both numerical and experimental emulation concepts. The notion of accelerated time used for real time simulation has been developed. The concept was validated on the experimental platform using the evolution of the mean power delivered by a small wind turbine. This approach can reduce the observation times of the measurement campaigns and could accelerate the studies for the wind potential of developing sites. We have also developed two types of coupling of the wind-tidal hybrid system. An electrical coupling based on the connection in parallel on a continuous bus of two turbines. We have developed an innovative concept of an electromechanical coupling based on the use of a single asynchronous generator on which the wind turbine and tidal turbine are simultaneously coupled. For this purpose, a vector-controlled servomotor was used to emulate the wind turbine while a synchronous motor was used as a tidal turbine emulator. The generator shaft is used as a mechanical coupling between the two systems. We have demonstrated in the experiments that we have developed the complementarity of the electrical productions of the two systems; we highlighted the need to add a storage system to compensate the simultaneous decrease of the two energy productions. The real time simulations results allow us to validate the feasibility of such a coupling

Les systèmes hybrides affines par morceaux forment une classe importante et simple de systèmes dynamiques hybrides. Il s'agit d'un ensemble fini de sous-systèmes affines associés à une ou plusieurs lois de commutations qui définissent à chaque instant le système affine actif. Ces systèmes sont non linéaires et peuvent présenter une variété de phénomènes complexes liés à des bifurcations et au chaos. On s'intéresse à plusieurs exemples en électronique de puissance : des convertisseurs de type DC-DC. La modélisation de ces convertisseurs est donnée par des modèles classiques approchés ou discrétisés. Ces circuits peuvent également être analysés en utilisant des modèles hybrides. Le comportement des systèmes hybrides se base sur l'existence d'événements. La simulation qui est un outil simple d'analyse de ces systèmes demande un algorithme qui donne les dates exactes de commutations. Les techniques de détection qui existent se basent essentiellement sur des approximations et elles peuvent omettre certains événements et par suite générer des trajectoires qui divergent radicalement de la trajectoire réelle du système hybride simulé. Notre objectif à travers cette thèse, est de fournir un outil rapide et précis de simulation des systèmes hybrides plans affines par morceaux d'ordre 2. Notre approche semi-analytique utilise l'expression analytique des solutions et donne les instants de commutations des événements d'états et des événements temporels de type périodique. Notre algorithme est implémenté en une boîte à outil sous Scicos et sous Matlab
Piecewise affine hybrid systems are an important and simple class of hybrid dynamical systems. A piecewise affine system is composed of several dynamical affine subsystems and of switching rules that decide the behavior of the active subsystem during each switching interval. Recently, it has been shown that this class of systems is very rich in nonlinear phenomena such as bifurcations and chaos. Piecewise affine hybrid systems arise in many engineering applications such as DC-DC converters. Modeling of such converters is given using classical averaged or discrete models. However, a possible approach to analyze these circuits can be done using hybrid models. The behavior of a hybrid system is based on events' existence. Simulation which is a simple tool to analyze these systems, requires an algorithm that gives exact switched dates. Existing detection techniques, that are essentially based on approximated schemes, may lose some events and then diverge drastically from the real trajectory of the simulated hybrid system. Our aim within this thesis is to provide a fast and accurate simulation tool of 2nd order planar piecewise hybrid systems, which is based on analytical expressions of solutions. Our semi-analytic approach gives switching instants of state event and periodic temporal events. Our algorithm is implemented in a Scicos toolbox, another alternative in Matlab is also available

Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans le cadre de l'étude des systèmes dynamiques par l'utilisation conjointe des techniques de raisonnement qualitatif et des techniques classiques de l'Automatique. Sa problématique, dite de l'interface symbolique-numérique, concerne l'élaboration de méthodes permettant de déterminer la réponse d'un système représenté par son équation d'état à des entrées provenant d'une simulation qualitative. Dans un premier temps, la représentation qualitative des signaux d'entrée est complétée par des «enveloppes» délimitant le domaine compact de leurs valeurs admissibles à chaque instant. Le problème alors considéré consiste en la détermination des enveloppes des réponses possibles du système, lorsque son vecteur d'état initial est décrit en termes d'intervalles. L'auteur propose une reformulation de ce problème en un ensemble de problèmes de commande optimale à temps final fixé, et énonce les particularisations du principe du maximum de Pontriaguine nécessaires à leur traitement. Le cas des systèmes linéaires invariants ainsi que celui où la représentation qualitative des entrées dégénère en des signaux déterministes font l'objet d'une attention particulière. Ces résultats sont ensuite étendus à la détermination d'une approximation de la réponse d'un système à un signal obtenu par une simulation qualitative de type QSIM, y compris lorsque les instants qualitatifs de cette représentation sont encadrés par des intervalles numériques. Enfin, l'approche est complétée de façon à appréhender des problèmes plus spécifiques: on présente d'abord les modifications à lui apporter lorsque certains paramètres du système sont constants et définis par des intervalles ; ensuite, on considère un système dynamique parfaitement connu soumis à des signaux d'entrée décrits à la manière de QSIM, et on montre comment l'information sur les dérivées de ces signaux peut permettre de déterminer plus précisément les évolutions des sorties

Exposé sur la dérivation des équations de phase. Développements asymptotiques décrivant les lois de comportement à grande échelle de nombreux systèmes physiques. Simulation numérique directe d'écoulements de convection : intégration des équations de Boussinesq-MHD tridimensionnelles, convection tridimensionnelle de Rayleigh-Bénard à faibles nombres de Prandtl, convection thermo haline bidimensionnelle avec rotation. Exemples d'équations aux dérivées partielles unidimensionnelles décrivant la dynamique de grande échelle de systèmes physiques comme les fronts de flammes

Le but de ce travail est de développer, à l'aide du système de calcul formel Scratchpad, des outils de simulation graphique pour l'étude des systèmes dynamiques non linéaires. Nous codons de tels systèmes par leur série génératrice en variables non commutatives. Leur comportement est alors déterminé par une transformation d'évaluation, appliquée ici à des approximations polynomiales ou rationnelles pour des entrées polynomiales ou polynomiales expotentielles. Les entrées et sorties sont définies par des courbes de Bézier, permettant une modification interactive des entrées par déplacement des points de contrôle. Enfin, l'implantation en Scratchpad de l'algorithme d'intégration numérique de Runge-Kutta a permis la simulation d'approximations nilpotentes, et ainsi la visualisation de trajectoires, déterminées par la résolution du problème de Motion Planning dans des cas simples. Ces différentes implantations ont permis en outre des comparaisons qualitatives des différentes méthodes d'approximation et de simulation