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École de technologie supérieure
Département de génie mécanique
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PLAN DE COURS

Été 2019
MEC788 : Mécatronique (3 crédits)



Préalables
Programme(s) : 7684
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    MEC222 ET *MEC546    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 32,0 % 68,0 %




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
À la fin de ce cours, l’étudiant sera en mesure :
• d’appliquer différentes techniques de modélisation et de simulation pour décrire des systèmes dynamiques;
• d’analyser les performances et la stabilité d'un système dynamique;
- de concevoir et ajuster les paramètres de systèmes de commande continue PID;
• de sélectionner et d’intégrer les composantes d'un système de commande (capteurs, système de commande et actionneurs) de façon à pouvoir commander efficacement un procédé industriel.

Concept de systèmes et de composantes. Formulation des modèles mathématiques de systèmes physiques, transformée de Laplace, schéma-bloc, fonctions de transfert. Réponse des systèmes du premier et du deuxième ordre. Analyse dans les domaines temporels et fréquentiels. Application aux systèmes mécaniques, électriques, hydrauliques et thermiques. Terminologie et concepts de base de la commande automatique : régulateur, suiveur, systèmes en boucle ouverte et en boucle fermée, servomécanismes, procédés industriels, commande analogique et numérique. Lois de commande classiques : action proportionnelle, intégrale et dérivée. Caractéristiques des capteurs et des actionneurs. Commande d’un processus du premier et du deuxième ordre. Conception et réglage des systèmes de commande. Critères de performance, analyse de stabilité. Réalisation de systèmes de commande. Dimensionnement des composantes du système (actionneur, capteur, système d’entraînement).

Séances de laboratoire portant sur la simulation et la commande de divers systèmes physiques.

Note sur le préalable MEC546 : le cours MEC546 Circuits électriques et électronique est un cours concomitant (il peut être suivi avant ou en même temps).



Objectifs du cours
  • Appliquer différentes techniques de modélisation et de simulation de façon à définir et à analyser les performances et la stabilité d'un système dynamique;
  • Appliquer les principes de base de l'automatique de façon à concevoir des systèmes de commande continue PID;
  • Être en mesure de sélectionner et d'intégrer les composantes d'un système de commande (capteurs, contrôleurs et actuateurs) de façon à pouvoir contrôler efficacement un procédé industriel.



Stratégies pédagogiques
  • Exposés magistraux complétés par la résolution d'exercices et d’exemples d’applications;
  • Travaux dirigés visant à parfaire les habiletés de l'étudiant en résolution de problèmes;
  • Quatre (4) laboratoires visant à mettre en oeuvre les notions théoriques et les techniques d'analyse exposées en classe;
  • Un premier devoir (Devoir #1) visant à résoudre une problématique complexe au moyen de méthodes mettant en jeu l’analyse, l’interprétation des données et la synthèse de l’information afin de formuler des conclusions valides.
  • Un deuxième devoir (Devoir #2) pour développer un esprit de synthèse dans le but d’effectuer la conception et le dimensionnement d’un système mécatronique.



Utilisation d’appareils électroniques
  • Calculatrice TI en cours, TD, laboratoires et examens
  • Ordinateur uniquement pour les TD et laboratoires



Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 08:30 - 12:00 Activité de cours
Jeudi 13:30 - 15:30 Travaux pratiques et laboratoire
02 Mardi 08:30 - 12:00 Activité de cours
Vendredi 10:30 - 12:30 Travaux pratiques et laboratoire
03 Mardi 18:00 - 20:00 Travaux pratiques et laboratoire
Jeudi 18:00 - 21:30 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Jean-Pierre Kenné Activité de cours Jean-Pierre.Kenne@etsmtl.ca A-1820
02 Jean-Pierre Kenné Activité de cours Jean-Pierre.Kenne@etsmtl.ca A-1820
03 Jean-Pierre Kenné Activité de cours Jean-Pierre.Kenne@etsmtl.ca A-1820



Cours
Cours no. Contenus traités dans le cours Heures
1
  • Introduction
  • Modélisation des systèmes mécaniques en translation
3
2
  • Transformées de Laplace
  • Fonction de transfert
  • Construction de schéma-bloc
  • Modélisation des systèmes mécaniques en rotation
3
3
  • Modélisation des systèmes mécaniques en rotation (suite)
  • Modélisation des systèmes mécaniques combinés
  • Modélisation des systèmes électriques
3
4
  • Modélisation du moteur à courant continu
  • Modélisation des systèmes thermiques
  • Modélisation des systèmes fluidiques
  • Linéarisation d'équations
  • Simplification de schéma-bloc
3
5
  • Réponse temporelle des systèmes du 1er et du 2e ordre
  • Indices de performances
  • Modélisation empirique
3
6
  • Réponse fréquentielle des systèmes du 1er et du 2e ordre
  • Lieu de Bode
  • Indices de performances
  • Modélisation empirique
3
7

Examen intra (voir calendrier)

3
8
  • Dimensionnement et sélection des actionneurs
3
9
  • Dimensionnement et sélection des actionneurs (suite)
  • Introduction aux systèmes de commande à actions PID (proportionnelle, intégrale et dérivée)
3
10
  • Analyse et réglage des systèmes de commande à actions PID (proportionnelle, intégrale et dérivée)
3
11
  • Notion du lieu des racines
  • Approximation des systèmes complexes par des fonctions de transfert de 1er ou de 2e ordre.
3
12
  • Approximation des systèmes complexes par des fonctions de transfert de 1er ou de 2e ordre (suite)
  • Notion de stabilité
  • Phénomènes physiques des capteurs
  • Exemples de capteur
3
13
  • Exemples de capteur (suite)
  • Caractéristiques des capteurs
3

 




Laboratoires et travaux pratiques

Travaux dirigés (TD)

Cours no. Description Heures
1 Exercices sur la modélisation et simulation de systèmes (Partie 1) 2
2 Exercices sur la modélisation et simulation de systèmes (Partie 2) 2
3 Exercices sur les fonctions de transfert et
schémas-blocs
2
4 Exercices sur les réponses temporelles et
fréquentielles (critère de performance)
2
5 Exercices sur les actionneurs 2
6 Exercices sur les contrôleurs (Partie 1) 2
7 Exercices sur les contrôleurs (Partie 2) 2
8 Exercices de révision 2

 

Laboratoires

Lab.no. Description Heures
1 Utilisation de Matlab® et Simulink® pour résoudre des systèmes dynamiques. 2
2 Simulation d’un moteur à courant continu (Simulink®) 2
3 Simulation orientée objet (SimMechanics®) 2
4 Réponse expérimentale d’un moteur à courant continu en boucle ouverte et fermée. 2

 

 




Utilisation d'outils d'ingénierie

Outils de modélisation et de simulation numérique des systèmes dynamiques complexes (linéaires). Laboratoires de modélisation d’un moteur à courant continu à l’aide de Simulink (équation temporelle et en Laplace) et de SimMechanics (modèle orientée objet).




Évaluation

 

  Activités %
Laboratoire #2 Simulation d'un moteur à courant continu 5
Laboratoire #3 Simulation orientée objet (SimMechanics®) 4
Laboratoire #4 Réponse expérimentale d'un moteur à courant continu en boucle ouverte et fermée 6
Devoir 1   7
Devoir 2   8
Intra *   35
Final *   35

 

* Une moyenne de >55% dans les examens et une moyenne générale de >55% sont nécessaires pour
   passer le cours.




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 17 juin 2019
2 18 juin 2019
3 20 juin 2019



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.



Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, 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 ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » 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

Documentation obligatoire
MEC788 – Recueil d'acétates (version Janvier 2017) - Disponible à la Coop-ÉTS.




Ouvrages de références
  • Nise N.S., Control Systems Engineering, John Wiley & Sons, 6e édition, 2010.
  • Ellis G., Control System Design Guide, Elsevier Academic Press, 4e edition, 2012.
  • Alciatore D.G. et M.B. Histand, Introduction to Mechatronics and Measurement Systems, McGraw-Hill, 4e édition, 2011.
  • Bolton W., Mechatronics : Electronic Control Systems in…, Prentice Hall, 5e édition, 2011.
  • Boukas E.K., Systèmes asservis, éditions de l'École Polytechnique, 1995.
  • Bsata A., Instrumentation et automation dans le contrôle des procédés, Le Griffon d’argile, 2e édition, 1994.
  • Cetinkunt S., Mechatronics, John Wiley & Sons, 2006.
  • Gopal M., Control Systems - Principles and Design, McGraw-Hill,2e édition, 2006.
  • Kuo B.C., Automatic Control Systems, John Wiley & Sons, 9e édition, 2009.
  • Necsulescu D., Mechatronics, Prentice Hall, 2001.
  • Ogata K., Modern Control Engineering, Prentice Hall, 5e édition, 2009.
  • Ostertag É., Systèmes et asservissements continues, Ellipses, 2004.

 

Aussi, disponibles en format électronique sur Knovel (https://app.knovel.com/web/index.v via le site de la bibliothèque) :

 

  • Machado, et al. (2017), Solved Problems in Dynamical Systems and Control, ISBN 978-1-78561-174-2
  • Kulakowski et al. (2007), Dynamic Modeling and Control of Engineering Systems (3rd Edition), ISBN 978-0-521-86435-0



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Site Moodle : ena.etsmtl.ca




Autres informations

CALENDRIERS UNIVERSITAIRES

Session Été 2019 – MEC788 – Groupe 1

 

Lundi : 8:30 - 12:00 Cours : B-3414
Jeudi : 13:30 - 15:30 TP/Labo : B-3414, A-1226, A-2170

 

Semaine

Lundi

Mardi

Mercredi

Jeudi

Vendredi

1.

29 avril

Cours 1

30 avril

 

1er mai

 

2 mai

 

3 mai

2.

6 mai

Cours 2

7 mai

 

8 mai

 

9 mai

TD 1

10 mai

 

3.

13 mai

Cours 3

14 mai

 

15 mai

 

16 mai

TD 2

17 mai

 

4.

20 mai

Congé férié

21 mai

Horaire du lundi

Cours 4

22 mai

 

23 mai

Labo 1

24 mai

 

5.

27 mai

Cours 5

28 mai

 

29 mai

 

30 mai

TD 3

31 mai

 

6.

3 juin

Cours 6

4 juin

 

5 juin

 

6 juin

TD 4

7 juin

 

7.

10 juin

Cours 7

11 juin

 

12 juin

 

13 juin

      TD 5

14 juin

 

8.

17 juin

INTRA

18 juin

 

19 juin

 

20 juin

Labo 2

21 juin

 

9.

24 juin

Congé férié

25 juin

 

26 juin

Horaire du lundi

Cours 8

27 juin

TD 6

28 juin

 

10.

1er juillet

Congé férié

2 juillet

 

3 juillet

4 juillet

Labo 3

5 juillet

 

11.

8 juillet

Cours 9

9 juillet

 

 

10 juillet

 

11 juillet

TD 7  

12 juillet

 

12.

15 juillet

Cours 10

 

16 juillet

 

17 juillet

 

 

18 juillet

Labo 4

19 juillet

 

13.

22 juillet

Cours 11

 

23 juillet

 

 

24 juillet

 

25 juillet

TD 8

26 juillet

 

14.

29 juillet

Cours 12

30 juillet

31 juillet

 

 

 

 

Période d’examens finaux : 1er au 10 août 2019

 

   Session Été 2019 – MEC788 – Groupe 2

 

Lundi : 8:30 - 12:00 Cours : A-3336
Jeudi : 10:30 - 12:30 TP/Labo : A-1230, A-1214, A-2170

 

Semaine

Lundi

Mardi

Mercredi

Jeudi

Vendredi

1.

29 avril

 

30 avril

Cours 1

1er mai

 

2 mai

 

3 mai

2.

6 mai

 

7 mai

Cours 2

8 mai

 

9 mai

 

10 mai

TD 1

3.

13 mai

 

14 mai

Cours 3

15 mai

 

16 mai

 

17 mai

TD 2

4.

20 mai

Congé férié

21 mai

Horaire du lundi

22 mai

 

23 mai

 

24 mai

Labo 1

5.

27 mai

 

28 mai

Cours 4

29 mai

 

30 mai

 

31 mai

TD 3

6.

3 juin

 

4 juin

Cours 5

5 juin

 

6 juin

 

7 juin

TD 4

7.

10 juin

 

11 juin

Cours 6

12 juin

 

13 juin

     

14 juin

TD 5

8.

17 juin

 

18 juin

INTRA

19 juin

 

20 juin

 

21 juin

Labo 2

9.

24 juin

Congé férié

25 juin

Cours 7

26 juin

Horaire du lundi

27 juin

 

28 juin

TD 6

10.

1er juillet

Congé férié

2 juillet

Cours 8

3 juillet

4 juillet

 

5 juillet

Labo 3

11.

8 juillet

 

9 juillet

Cours 9

10 juillet

11 juillet

12 juillet

TD 7 

12.

15 juillet

 

16 juillet

Cours 10

17 juillet

 

18 juillet

 

19 juillet

Labo 4

13.

22 juillet

 

23 juillet

Cours 11

24 juillet

 

25 juillet

 

26 juillet

TD 8

14.

29 juillet

 

30 juillet

Cours 12

31 juillet

 

 

 

 

Période d’examens finaux : 1er au 10 août 2019


 

Session Été 2019 – MEC788 – Groupe 3

 

Lundi : 18:00 - 21:30 Cours : A-3414
Jeudi : 18:00 - 20:00 TP/Labo : B-1512, A-1226, A-2170

 

Semaine

Lundi

Mardi

Mercredi

Jeudi

Vendredi

1.

29 avril

 

30 avril

 

1er mai

 

2 mai

Cours 1

3 mai

2.

6 mai

 

7 mai

TD 1

8 mai

 

9 mai

Cours 2

10 mai

 

3.

13 mai

 

14 mai

TD 2

15 mai

 

16 mai

Cours 3

17 mai

 

4.

20 mai

Congé férié

21 mai

Horaire du lundi

22 mai

 

23 mai

Cours 4

24 mai

 

5.

27 mai

 

28 mai

Labo 1

29 mai

 

30 mai

Cours 5

31 mai

 

6.

3 juin

 

4 juin

TD 3

5 juin

 

6 juin

Cours 6

7 juin

 

7.

10 juin

 

11 juin

TD 4

12 juin

 

13 juin

      Cours 7

14 juin

 

8.

17 juin

 

18 juin

TD 5

19 juin

 

20 juin

INTRA

21 juin

 

9.

24 juin

Congé férié

25 juin

Labo 2

26 juin

Horaire du lundi

27 juin

Cours 8

28 juin

 

10.

1er juillet

Congé férié

2 juillet

TD 6

3 juillet

4 juillet

Cours 9

5 juillet

 

11.

8 juillet

 

9 juillet

Labo 3

10 juillet

 

11 juillet

Cours 10

12 juillet

 

12.

15 juillet

 

16 juillet

TD 7

17 juillet

 

18 juillet

Cours 11

19 juillet

 

13.

22 juillet

 

23 juillet

Labo 4

24 juillet

 

25 juillet

Cours 12

26 juillet

 

14.

29 juillet

 

30 juillet

TD 8

31 juillet

 

 

 

 

Période d’examens finaux : 1er au 10 août 2019

 

  • Période de modifications d’inscription sans mention d’échec et avec remboursement (pour tous les étudiants) : du 29 avril au 10 mai 2019.  
  • Période d’abandon des cours sans mention d’échec ni remboursement pour les cours de l’été 2019 : du 21 mai au 3 juillet 2019.