Développement et validation d’une nouvelle architecture de réseau de transducteurs dans le domaine avionique. RÉSUMÉ:
Dans le cadre de ce projet, une nouvelle topologie d’un système de communications basée sur le protocole avionique AFDX/ARINC664 est proposée. Des ensembles de capteurs et d’actuateurs, géométriquement rapprochés, seront reliés entre eux par un bus secondaire régi par la norme ARINC825. La garantie de l’intégrité des données transmises, l’interopérabilité avec tous types de transducteurs ainsi que le respect des différentes contraintes du domaine avionique constituent les aspects prioritaires pris en compte lors du développement du réseau.
PROBLÉMATIQUE:
Dans l’industrie aéronautique, de nombreux systèmes de capteurs et d’actuateurs sont requis afin d’assurer un nombre grandissant de fonctions à bord d’un avion. Avec la technologie actuelle, la connexion de ces instruments demanderait un réseau encombrant de fils. Les différentes normes de sécurité des systèmes avioniques viennent encore plus compliquer les choses en demandant l’installation redondante de tous les composants à bord. De plus, la communication entre différents modules appartenant à divers domaines d’applications est maintenant requise dans les nouvelles plateformes avioniques, ce qui entraine une augmentation marquée de la demande en bande passante à l’intérieur d’un aéronef tout en devant s’assurer de maintenir l’intégrité des données critiques lors de leur transmission.
MÉTHODOLOGIE:
La première étape a été de proposer une architecture pour le réseau secondaire basée sur la norme ARINC 825 reliant les transducteurs au réseau principal. Cette architecture est conçue pour être le plus générique possible afin de desservir une quantité variable de transducteurs de toutes sortes. Pour ce faire, l’architecture proposée s’inspire du standard IEEE 1451, qui suggère un modèle de référence standard permettant l’accès et le contrôle de transducteurs, d’une manière le plus générique possible, à travers des interfaces communes vers tous systèmes de contrôle ou d’instrumentation. La topologie proposée peut ultimement être implémentée avec une liberté totale quant au choix du protocole de transmission et des couches physiques du réseau, pouvant même jusqu’à supporter une éventuelle implémentation sans fils. Afin de pouvoir valider l’architecture proposée ainsi que les contraintes imposées par le domaine avionique, nous avons également développé une plateforme matérielle. Cette plateforme, basée sur deux FPGA Spartan 6 LX45T de Xilinx, est configuré pour maintenir une bande passante de 1 Mbit/s et de garantir un flot complètement déterministe d’information. Cette plateforme nous permet de facilement connecter plusieurs types de transducteurs à un «End System» AFDX à travers un réseau secondaire basé sur le protocole ARINC 825. Notre implémentation dédiée nous a également permis d’y inclure des mécanismes de gestion de la redondance, de mesure de la latence et d’un système de gestion des erreurs plus robuste.
RÉSULTATS:
À l’aide de cette nouvelle architecture, il est maintenant possible d’ ajuster la fiabilité du réseau en fonction du niveau de criticité requis par l’application visée. Lors de la première implémentation de notre architecture à l’aide de notre prototype, nous avons été en mesure de réduire la consommation de ressources de 87% comparée aux designs traditionnels pour un réseau de 24 capteurs.
TRIGUI Aref DIPLÔME: M.Sc.A.
TITRE:
Asservissement de l'énergie inductive transmise aux implants électroniques.
RÉSUMÉ:
L’alimentation des implants médicaux électroniques (IME) par couplage inductif a toujours été appréciée pour sa biocompatibilité et sa capacité à transmettre une quantité d’énergie suffisante aux IME. Cependant, la performance du lien inductif se dégrade en fonction de la variation de la fréquence de résonance primaire suite aux changements du facteur de couplage entre les bobines et de la charge secondaire. Dans ce contexte, nous présentons une nouvelle technique pour maintenir l’état de résonance dans le transmetteur en dépit de ces variations. Un transmetteur d’énergie inductive asservi est alors proposé. Il est composé d’un système de transfert d’énergie (STE) classique et d’une boucle d’asservissement. Le STE classique émet un champ inductif grâce à un oscillateur à quartz de 13.56 MHz, un amplificateur de puissance de classe E et un circuit résonant primaire constitué d’un condensateur et d’une bobine d’émission. La boucle d’asservissement, quant à elle, comporte principalement un bloc de détection de la tension aux bornes de la bobine d’émission (image de la puissance à transférer vers l’IME) et un micro moteur pas-à-pas à haute résolution qui agit sur le condensateur de résonance primaire et indirectement sur la fréquence de résonance. Le transmetteur proposé a montré des améliorations remarquables par rapport à un STE classique. Il permet également d’alimenter divers implants sans l’intervention du concepteur.
PROBLÉMATIQUE:
Bien que l’alimentation des IME par couplage inductif fût introduite il y a longtemps, plusieurs défis restent à relever. Le défi majeur est la sensibilité de l’efficacité du transfert d’énergie à la variation de certains paramètres du lien comme le facteur de couplage entre les bobines, la charge du côté récepteur et l’inductance des bobines. Une variation de l’un de ces paramètres est en mesure d’altérer la fréquence de résonance primaire et de réduire en conséquence la quantité d’énergie transférée vers l’IME.
MÉTHODOLOGIE:
Dans un premier temps, nous passerons en revue les différentes techniques d’alimentation des IME, leurs avantages ainsi que leurs limitations, puis nous présenterons brièvement les IME déjà commercialisés qui emploient le couplage magnétique. Ensuite, les aspects fondamentaux du système d’alimentation par couplage magnétique seront présentés. Ce couplage va être aussi modélisé afin d’étudier la problématique de la sensibilité des performances à la variation des paramètres du lien. Également, une étude qualitative des principaux éléments constituants un STE sera présentée tout en accordant une grande importance à l’AP de classe E, ses performances et ses limitations. Puis, une revue de la littérature sur les techniques de compensation de la variation des paramètres du lien inductif sera entreprise. Ensuite, une description détaillée du transmetteur asservi proposé sera faite. Chaque module fera l’objet d’une étude minutieuse pour aboutir à un système de transfert d’énergie de qualité. Finalement, le système proposé sera testé et les résultats seront analysés et validés.
RÉSULTATS:
Les résultats obtenus montrent une transmission à une fréquence précise de 13.56 MHz. Le système d’asservissement réalisé est fonctionnel et sa performance est nettement meilleure que celle d’un système de transfert d’énergie (STE) classique. Il atteint en effet un taux d’amélioration moyen de puissance reçue d’environ 60% par rapport à un STE classique (pour une vitesse de rotation du moteur de 0.25 tr/s) et une résolution de variation de capacité de 0.032pF. Le système peut également alimenter différents implants sans l'intervention du concepteur. Le concept donne par ailleurs la possibilité d’utiliser une variété de bobines d’émission dans la gamme d’inductance de 270 𝑛𝐻 à 5,5 𝜇𝐻. Il présente ainsi une solution efficace pour alimenter différents IME de l’équipe