Qian LI : " Application des réseaux de neurones artificiels à la simulation en temps réel des convertisseurs électroniques de puissance basée sur les FPGA"

Cette soutenance se tiendra à hui-clos.

Résumé : La signification de la simulation en temps réel dans le développement et la validation des convertisseurs électroniques de puissance, ainsi que de leurs contrôleurs associés dans une configuration matériel dans la boucle (HIL), est largement reconnue. Un modèle précis et détaillé des dispositifs de commutation de puissance joue un rôle crucial pour garantir la crédibilité de la simulation des convertisseurs électroniques de puissance. Cependant, la construction de modèles d'interrupteurs en temps réel de haute précision pose un défi particulier en raison des conflits entre la complexité de calcul découlant de la non-linéarité du modèle d'interrupteur et la nécessité d'un pas de simulation suffisamment petit, pouvant atteindre potentiellement le niveau de la nanoseconde.
Afin d'améliorer la précision du modèle d'interrupteur de puissance en préservant au maximum leur non-linéarité tout en assurant une exécution en temps réel, cette thèse se concentre sur l'utilisation des réseaux de neurones artificiels (ANN) pour modéliser les dispositifs de commutation de puissance, en exploitant leurs avantages inhérents pour traiter les problèmes non linéaires et leur structure de réseau parallèle qui s'aligne bien avec le matériel FPGA. Ainsi, trois modèles d'interrupteurs sont proposés, à savoir un modèle au niveau du système basé sur les ANN, un modèle quasi-transitoire à haute résolution assisté par les ANN et un modèle transitoire à haute fidélité assisté par les ANN. Le premier modèle est développé en incorporant la non-linéarité des I-V caractéristiques statiques des interrupteurs de puissance dans le processus de modélisation. De plus, pour calculer les pertes de commutation utilisées pour obtenir la température de jonction du dispositif, le deuxième modèle est proposé, ce qui facilite la génération de formes d'ondes transitoires de commutation avec une résolution de 5 ns après réception des sorties de simulation au niveau du système. Cependant, les résultats transitoires de commutation obtenus à partir du deuxième modèle ne contribuent pas directement à l'amélioration de la précision de la simulation au niveau du système. C'est pourquoi le troisième modèle est créé, qui peut être intégré de manière transparente dans la simulation au niveau du système avec un pas de temps de 20 ns, permettant ainsi d'atteindre la plus haute précision de simulation ainsi que des informations sur les comportements transitoires de commutation. L'efficacité et la précision des trois modèles d'interrupteurs proposés sont testées et validées en les appliquant à un convertisseur boost flottant à interleaved multi-phase (FIBC) simulé sur une plateforme temps réel basée sur FPGA.

Composition du jury :

Fei GAO, Full professor, Université Bourgogne - Franche-Comté, Directeur de thèse

Marcelo SIMOES, Full professor, School of Technology and Innovations, University of Vaasa, Rapporteur

Mohamed BENBOUZID, Full professor, University of Brest, UMR CNRS 6027 IRDL, Rapporteur

Elena BREAZ, Associate Professor, University of Technology of Belfort-Montbéliard (UTBM), CoDirecteur de thèse

Robin ROCHE, Full professor, Université Bourgogne - Franche-Comté, Co-encadrant de thèse

Diego IANNUZZI, Full professor, University of Naples Federico II, Examinateur

Dmitri VINNIKOV, Full professor, Tallinn University of Technology, Examinateur