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Le dimensionnement et l'optimisation d'un système hétérogène en Génie électrique nécessite une démarche globale de la conception appelée aussi " approche systémique ". Les problèmes d'optimisation résultant de cette démarche sont complexes et nous nous sommes orientés pour les résoudre vers des méthodes d'optimisation évolutionnaires multicritères de type Pareto. Une auto adaptation du choix des opérateurs de variation a été développée pour augmenter la robustesse d'exploration. A travers la conception de plusieurs dispositifs de conversion d'énergie (véhicule électrique,), nous menons une démarche de modélisation globale des systèmes, à partir de laquelle les algorithmes sont utilisés pour déterminer les meilleurs compromis par rapport aux différents critères d'optimisation (pertes, masses,). L'exploitation des résultats d'optimisation montre que ces méthodes constituent un outil de conception très efficace pour la recherche de performances et l'analyse des couplages.
This book proposes systemic design methodologies applied to electrical energy systems, in particular integrated optimal design with modeling and optimization methods and tools. It is made up of six chapters dedicated to integrated optimal design. First, the signal processing of mission profiles and system environment variables are discussed. Then, optimization-oriented analytical models, methods and tools (design frameworks) are proposed. A “multi-level optimization” smartly coupling several optimization processes is the subject of one chapter. Finally, a technico-economic optimization especially dedicated to electrical grids completes the book. The aim of this book is to summarize design methodologies based in particular on a systemic viewpoint, by considering the system as a whole. These methods and tools are proposed by the most important French research laboratories, which have many scientific partnerships with other European and international research institutions. Scientists and engineers in the field of electrical engineering, especially teachers/researchers because of the focus on methodological issues, will find this book extremely useful, as will PhD and Masters students in this field.
Le contexte économique impose des systèmes toujours plus performants, minimisant coûts d’investissement et de possession. Si les méthodes d’analyse, de synthèse et de gestion présentées dans le premier volume Conception systémique pour la conversion d’énergie électrique 1 participent à l’optimisation des systèmes énergétiques, les techniques traitées dans cet ouvrage proposent d’aller encore plus loin dans la performance. La complexité de systèmes multidisciplinaires à fort degré de couplage augmentant, le processus de conception par optimisation consistant à coupler un modèle à un algorithme d’optimisation au sein d’un environnement logiciel devient dès lors indispensable. Ce volume rassemble les points-clés permettant de représenter efficacement et de façon compacte l’environnement système et les profils de mission, mais également les méthodes, modèles et outils dédiés à l’optimisation. Les approches multiniveaux de conception et l’optimisation technico-économique des réseaux électriques sont particulièrement détaillées.
Les couplages interdomaines et les interactions multiples entre les éléments imposent aujourd'hui une vision globale appelée aussi " approche système " de la conception. En effet, lorsqu'il s'agit de processus de conversion statique, électromécanique, ou de dispositifs de commande, de nombreux problèmes sont désormais assez bien maîtrisés quand chaque élément est conçu et dimensionné séparément. Cependant, dès qu'il s'agit de concevoir un système hétérogène, vu comme un " complexe d'éléments en interaction ", se pose le problème de l'optimisation globale vis à vis des multiples critères qui caractérisent la qualité de son comportement. Les travaux réalisés dans cette thèse concernent l'optimisation multicritères de systèmes électriques par des méthodes directes sans calcul analytique du gradient. Ces techniques s'appliquent à un cahier des charges représentant un véhicule électrique. Nous proposons une modélisation adaptée pour chacun des sous-systèmes. En particulier, une méthode originale basée sur des variations par similitude a été élaborée pour le dimensionnement de la machine. Les paramètres d'optimisation (tension d'entrée, géométrie machine, ...) sont ajustés à tous les niveaux du système pour optimiser plusieurs critères de performances (minimisation des pertes, de la masse embarquée, ). Les algorithmes d'optimisation utilisés pour résoudre ce problème non-linéaire sont les méthodes du simplexe de Nelder et Mead et l'algorithme de Hooke and Jeeves. Les contraintes du problème sont traitées par pénalités (exactes et quadratiques) et une heuristique simple est proposée, permettant de les normaliser et d'améliorer la convergence. Les résultats de l'optimisation ont permis de mettre en évidence des couplages entre les différents sous-systèmes, point essentiel de l'analyse. Ils ont également montré l'intérêt de ce type d'outil dans le cadre d'une approche globale de la conception en Génie Electrique.
In this book, modeling and simulation of electric vehicles and their components have been emphasized chapter by chapter with valuable contribution of many researchers who work on both technical and regulatory sides of the field. Mathematical models for electrical vehicles and their components were introduced and merged together to make this book a guide for industry, academia and policy makers.
Le contexte actuel mène les concepteurs vers des systèmes toujours plus complexes et performants, intégrant un grand nombre d’éléments souvent fortement couplés et appartenant à divers champs de la physique énergétique. Après une présentation de l’approche systémique de conception, ce premier volume rassemble les points-clés permettant de modéliser et de caractériser efficacement des systèmes multiphysiques (formalismes graphiques, Bond Graphs, GIC/REM), d’analyser la qualité et la stabilité des réseaux et de contribuer à la robustesse en conception intégrée. La gestion de l’énergie des systèmes énergétiques hybrides incluant du stockage est également largement détaillée et différentes méthodes statistiques permettant de dimensionner les réseaux ou de caractériser leur sûreté de fonctionnement sont proposées (par exemple, la méthode de Monte-Carlo). Les techniques d’analyse, de synthèse et de gestion présentées dans cet ouvrage participent à l’optimisation des systèmes énergétiques. Elles sont complétées par des approches spécifiquement orientées vers la conception par optimisation, objets du second volume.
This introduction to electromagnetic fields emphasizes the computation of fields and the development of theoretical relations. It presents the electromagnetic field and Maxwell's equations with a view toward connecting the disparate applications to the underlying relations, along with computational methods of solving the equations.
A comprehensive and up-to-date reference book on modern electric vehicle technology, which covers the engineering philosophy, state-of-the-art technology, and commercialisation of electrical vehicles.
This book is designed to give the theoretical foundation needed by the new user of finite elements in electrical power engineering, and shows how the equipment designer can benefit from finite element analysis. It is divided into three parts; theory, modelling,and application of the finiteelement method. The first part outlines relevant electromagnetics, including treatment of boundaries, saturation and permanent magnets. It also shows how the finite element equations can be formulated. The presentation throughout is aimed at giving the reader a physical understanding of the process.The second part deals with special aspects of finite element modelling of engineering problems, including problem formulation, data generation and post processing and emphasises the importance of engineering judgement. The final part is an assembly of 'real' magnetic and electric field problemssolved by finite elements, including application to turbine generators, permanent magnet machines, switched reluctance drives, induction motors, transformers and bushings.
A Practical Guide to SysML: The Systems Modeling Language is a comprehensive guide to SysML for systems and software engineers. It provides an advanced and practical resource for modeling systems with SysML. The source describes the modeling language and offers information about employing SysML in transitioning an organization or project to model-based systems engineering. The book also presents various examples to help readers understand the OMG Systems Modeling Professional (OCSMP) Certification Program. The text is organized into four parts. The first part provides an overview of systems engineering. It explains the model-based approach by comparing it with the document-based approach and providing the modeling principles. The overview of SYsML is also discussed. The second part of the book covers a comprehensive description of the language. It discusses the main concepts of model organization, parametrics, blocks, use cases, interactions, requirements, allocations, and profiles. The third part presents examples that illustrate how SysML supports different model-based procedures. The last part discusses how to transition and deploy SysML into an organization or project. It explains the integration of SysML into a systems development environment. Furthermore, it describes the category of data that are exchanged between a SysML tool and other types of tools, and the types of exchange mechanisms that can be used. It also covers the criteria that must be considered when selecting a SysML. Software and systems engineers, programmers, IT practitioners, experts, and non-experts will find this book useful. *The authoritative guide for understanding and applying SysML *Authored by the foremost experts on the language *Language description, examples, and quick reference guide included