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Responsable(s) Lyne Woodward

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École de technologie supérieure
Département de génie électrique
Responsable(s) de cours : Lyne Woodward


PLAN DE COURS

Automne 2018
ELE275 : Asservissements linéaires (4 crédits)



Préalables
Pour tous les étudiants
         
  ELE105  
         
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8 50,0 % 50,0 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
Acquérir les concepts de base des systèmes asservis linéaires, leurs réponse et techniques de conception. S’initier aux systèmes de contrôle.

Algèbre des blocs. Représentation des systèmes. Boucle ouverte et boucle fermée. Réponse des systèmes : régime permanent, régime transitoire, systèmes de premier et deuxième ordres, erreurs en régime permanent. Fonction de transfert des composantes de systèmes asservis. Stabilité : Bode, critère de Nyquist, de Routh. Compensation : avance de phase, retard, série, retour P, PI, PID.

Séances de laboratoire et travaux pratiques. Exemples pratiques : simulation et conception d’un contrôleur, commande de position et de vitesse d’un servomoteur.



Objectifs du cours

À la fin du cours, l'étudiant(e) devra être en mesure :

  • de déterminer les fonctions de transfert des systèmes physiques;
  • de maîtriser les méthodes d'analyse des systèmes linéaires;
  • de concevoir et de réaliser des compensateurs et des contrôleurs (P, PI et PID);
  • d'utiliser les logiciels SIMULINK et LABVIEW pour concevoir et pour analyser des systèmes linéaires asservis .



Stratégies pédagogiques

Les principaux moyens pédagogiques sont :

 

Un cours magistral par semaine

  • Enseignement théorique illustré par des exemples concrets. Des exercices et des corrigés sont remis aux étudiants régulièrement.

 

Travaux dirigés (deux (2) heures par deux (2) semaines)

  • Des problèmes, proposés au préalable aux étudiant(e)s, sont résolus pour leur permettre de mieux assimiler les techniques présentées pendant le cours. Les étudiants peuvent également demander des éclaircissements sur la matière du cours.

 

Travaux pratiques (quatre (4) heures par deux (2) semaines)

  • Les étudiant(e)s se regroupent par équipe de deux (2) personnes au début de la session. Les membres de l'équipe se partagent les tâches reliées à chaque expérience de façon à leur permettre d'acquérir le meilleur apprentissage. L'équipe remet un rapport à la fin de chaque expérience. Une période de deux (2) semaines est allouée à la préparation du rapport.



Utilisation d’appareils électroniques

Calculatrices permises




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mercredi 13:30 - 17:30 Laboratoire aux 2 semaines
Jeudi 08:30 - 10:30 Travaux pratiques aux 2 semaines
Vendredi 08:30 - 12:00 Activité de cours
02 Lundi 08:45 - 12:30 Activité de cours
Mardi 10:30 - 12:30 Travaux pratiques aux 2 semaines
Vendredi 08:30 - 12:30 Laboratoire aux 2 semaines



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Lyne Woodward Activité de cours Lyne.Woodward@etsmtl.ca A-2462
02 Mamane Moustapha Dodo Amadou Activité de cours cc-Moustapha.DodoAmadou@etsmtl.ca A-2608



Cours
Date Contenus traités dans le cours Heures
  Introduction
  • Principe de rétroaction, exemples de quelques systèmes de commande. Transformée de Laplace. Équations différentielles. Fonctions de transfert
3 heures
  Modélisation des systèmes physiques
  • Circuits électriques, systèmes mécaniques, systèmes électromécaniques
6 heures
  Réponse temporelle
  • Systèmes du premier et du second ordre. Réponses impulsionnelle et indicielle. Régimes transitoire et permanent. Conception de contrôleurs P, PI, PD.
6 heures
 

Représentation des systèmes

  •  Diagrammes-bloc : algèbre des diagrammes-bloc
3 heures
  Étude de stabilité
  • Définitions, analyse de stabilité par les racines de la fonction de transfert, critère de Routh-Hurwitz
3 heures
  Erreur en régime permanent
  • Erreurs statiques pour une entrée échelon, rampe et parabolique
3 heures
  Réponse en fréquence
  • Diagrammes de Bode, de Nyquiste et de Nichols. Étude de stabilité. Marge de gain et marge de phase. Résonance
3 heures
  Lieux des racines
  • Caractéristiques, construction, analyse
6 heures
  Techniques de compensation
  • Circuits d'avance de phase, de retard de phase et d’avance-retard. Contrôleurs P, PI et PID
6 heures
  Total 39

Note : Tous les cours sont d'une durée de 3 heures 30 minutes par semaine.




Laboratoires et travaux pratiques
Date Description Heures
  LABORATOIRE 1 : Régulation par Tout ou Rien du niveau d’un réservoir
  • Se familiariser avec le module LabVIEW statechart.
  • Réaliser un VI (programme de LabVIEW) contrôlant le niveau d’eau d’un réservoir en mode de contrôle Tout ou Rien.
  • Comparer les réponses temporelles du système pour différentes ouvertures de la vanne de vidange.
4 heures
  LABORATOIRE 2 : Modélisation et simulation du niveau d’un réservoir
  • Modéliser la variation du niveau d’un réservoir.
  • Construire un instrument virtuel (VI) pour simuler la dynamique de la variation du niveau en boucle ouverte (BO) et en boucle fermée (BF).
  • Déterminer la constante de temps et le gain statique du système en BO et en BF en se basant sur les réponses temporelles (RT) obtenues par simulation.
  • Comparer les performances du système en BO et en BF.
4 heures
  LABORATOIRE 3 : Modélisation et simulation de la vitesse d’un moteur CC
  • Déterminer la fonction de transfert (FT) d’un système “Moteur-Tachymètre”.
  • Construire un modèle Simulink permettant de déterminer la réponse expérimentale du moteur en boucle ouverte.
  • Utiliser les paramètres du fabricant pour construire un modèle simulink permettant d’obtenir la réponse simulée en boucle ouverte du moteur à une entrée échelon.
  • Déterminer le gain statique et la constante de temps en se basant sur la fonction de transfert théorique approximative du moteur et la notion du pôle dominant.
4 heures
 

LABORATOIRE 4 : Étude expérimentale des systèmes de second ordre

  • Déterminer la fonction de transfert, ainsi que les indices de performance d’un circuit donné.
  • Étudier le circuit donné par simulation à l’aide de Simulink.
  • Utiliser un instrument virtuel (VI) permettant d’obtenir les réponses temporelles expérimentales du circuit.
  • Réaliser les mesures des paramètres appropriés sur les réponses  temporelles obtenues.
  • Déterminer les paramètres caractéristiques, ainsi que les indices de performance du système à partir des paramètres mesurés.
4 heures
  LABORATOIRE 5 : Contrôle d’un moteur à courant continu et étude des erreurs en régime permanent
  • Réaliser un VI qui sera utilisé pour contrôler la vitesse du moteur.
  • Concevoir des contrôleurs P et PI selon les erreurs en régime permanent désirées.
  • Déterminer et analyser les erreurs en régime permanent réelles du système.
4 heures
  LABORATOIRE 6 : Identification et contrôle d'un moteur à courant continu dans le domaine fréquentiel
  • Identifier le modèle du moteur CC à partir du lieu de Bode expérimental.
  • Concevoir un contrôleur PI permettant d'atteindre les performances désirées.
4 heures
  Total 24



Utilisation d'outils d'ingénierie

Obtenir les réponses temporelles et fréquentielles de systèmes avec SIMULINK. Modélisation et simulation de systèmes linéaires à l'aide du logiciel LABVIEW.




Évaluation

 

Description % Date de remise

Examen intra

(Durée 3 heures)

35 %

Groupe 01 : Vendredi 12 octobre 2018

Groupe 02 : Lundi 15 octobre 2018

Examen final 40 %  
Laboratoires 25 %  

 




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 12 octobre 2018
2 15 octobre 2018



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

À moins d’avis contraire, toute remise en retard d’un travail sera pénalisée de 10% par jour, jusqu’à concurrence de 5 jours. Au-delà de 5 jours, tout travail sera refusé.




Absence à un examen
• Pour les départements à l'exception du SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

• Pour SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence auprès de son enseignant. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Notes de cours disponibles sur le site du cours.




Ouvrages de références

CODRON, P., LE BALLOIS, S., Automatique : systèmes linéaires et continus, Dunod, 1998

DORF, R.C., BISHOP, R.H., Modern Control Systems, Prentice Hall, 2008

FRANKLIN, G. et al., Feedback Control of Dynamic Systems, Prentice Hall, 2006

KUO, B.C., Automatic Control Systems, Wiley, 2010

NISE, Norman S., Control Systems Engineering, John-Willey and Son, 7th Ed., 2015 (fortement recommandé)

OGATA, K., Modern Control Engineering, Pearson, 2010

SEBORG, D. E. et al., Process Dynamics and Control, Wiley, 2004




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Site du cours :  https://ena.etsmtl.ca/