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Programme(s) : 7485,7885

Profils(s) : Tous profils

MAT165 ET MAT265

Afficher les préalables et les unités d'agrément

Afficher les qualités de l'ingénieur

École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours :

Rachid Aissaoui

PLAN DE COURS

Hiver 2021
GPA535 : Systèmes asservis (4 crédits)

Modalités de la session d’hiver 2021

Pour assurer la tenue de la session d’hiver 2021, les modalités suivantes seront appliquées :

La plupart des cours de la session d'hiver seront donnés à distance. Les autres seront donnés en présence si la situation socio-sanitaire le permet. Cette information est disponible sur l’horaire de la session d’hiver diffusé sur le site de l’ÉTS ainsi que sur Cheminot.

L’étudiant inscrit à un cours à distance doit avoir accès à un ordinateur, un micro, une caméra et un accès à internet, idéalement de 10Mb/s ou plus. L’étudiant doit ouvrir sa caméra et/ou son micro lorsque requis, notamment pour des fins d’identification ou d’évaluation.

Les cours à distance pourraient être enregistrés, à la discrétion de l’ÉTS, afin de les rendre disponibles aux étudiants inscrits aux cours.

La notation des cours sera la notation régulière prévue aux règlements des études de l'ÉTS.

Les examens intra se feront normalement à distance. Les examens finaux se feront normalement en présence si la situation socio-sanitaire le permet.

Pour les examens (intra, finaux) qui devaient se faire à distance, leur surveillance se fera à l’aide de la caméra et du micro de l’ordinateur et pourrait être enregistrée. Ceci est nécessaire pour se conformer aux exigences du Bureau canadien d’agrément des programmes de génie (BCAPG) afin d’assurer la validité des évaluations.

Le contexte actuel oblige bien sûr l’ÉTS à suivre de près l’évolution de la pandémie de COVID-19, laquelle pourrait entraîner, avant ou après le début de la session d’hiver 2021, un resserrement des directives et recommandations gouvernementales. Nous vous assurons que l’ÉTS se conformera aux règles en vigueur afin de préserver la santé publique et que, si requis, elle pourrait aller jusqu’à interdire l’accès physique au campus universitaire et ordonner que toutes les activités d’enseignement et d’évaluation soient exclusivement données à distance pour tout ou partie de la session d’hiver 2021.

Des exigences additionnelles pourraient être spécifiées par l’ÉTS ou votre département, suivant les particularités propres à votre programme.

En vous inscrivant ou en demeurant inscrit, vous acceptez les modalités particulières de la session d’hiver 2021.

Nous vous rappelons que vous avez jusqu’au 17 janvier 2021 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.

Pour les nouveaux étudiants inscrits au programme de baccalauréat uniquement, vous avez jusqu’au 31 janvier 2021 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.

Préalables

Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8

Qualités de l'ingénieur

Q10

Q11

Q12

Qualité visée dans ce cours

Qualité visée dans un autre cours

Indicateur enseigné

Indicateur évalué

Indicateur enseigné et évalué

Descriptif du cours

Au terme de ce cours, l'étudiant aura acquis les connaissances de base sur la modélisation, l'analyse et la conception de systèmes de commande automatique.

Historique du processus d'automatisation industrielle. Composantes d'un système de commande à rétroaction. Systèmes en boucle ouverte ou fermée. Modélisation et mise en équations des systèmes de contrôle. Systèmes de commande de position et de vitesse. Schémas fonctionnels. Linéarisation de systèmes non linéaires. Transformée de Laplace. Fonctions de transfert. Systèmes du premier et du deuxième ordre. Analyse dans le domaine temporel. Analyse dans le domaine fréquentiel (diagrammes de Bode et de Nyquist). Évaluation expérimentale de la fonction de transfert d'un système. Stabilité avec la position des pôles et avec les critères de Routh-Hurwitz et de Nyquist. Critères de design. Conception dans le domaine fréquentiel avec différents correcteurs (P, PI, PID, correcteurs par avance et retard de phase). Applications aux servomécanismes électriques, mécaniques, pneumatiques et hydrauliques.

Séances de laboratoire et exemples pratiques de systèmes de commande.

Objectifs du cours

Concevoir des contrôleurs (P, PI, PD ou PID) et des compensateurs nécessaires à maintenir la stabilité des systèmes avec une marge de stabilité acceptable, tout en réalisant des critères de performance.
Utilisation de Matlab et Simulink pour résoudre des problèmes et simuler des systèmes de commande.

Stratégies pédagogiques

39 heures de cours (3 heures par semaine)

36 heures de laboratoires (3 heures par semaine)

6 heures de travail personnel par semaine

Cours magistral : de nombreuses applications seront étudiées en classe pour permettre aux étudiants de bien assimiler la théorie et les techniques présentées au cours.
Laboratoires/travaux dirigés : applications de la théorie étudiée au moyen de simulations sur ordinateur avec Matlab et Simulink en se basant sur les paramètres du matériel QUBE-Servo 2.

Utilisation d’appareils électroniques

- Utilisation intensif du logiciel Matlab et de l'outil de simulation Simulink.

- Utilisation de la calculatrice symbolique TI-nspire.

Horaire

Groupe	Jour	Heure	Activité
01	Lundi	13:30 - 17:00	Activité de cours
	Mercredi	08:30 - 11:30	Laboratoire (Groupe A)
	Mercredi	13:30 - 16:30	Laboratoire (Groupe B)

Coordonnées de l’enseignant

Groupe	Nom	Activité	Courriel	Local	Disponibilité
01	Rachid Aissaoui	Activité de cours	Rachid.Aissaoui@etsmtl.ca	A-3643
01	Mamane Moustapha Dodo Amadou	Laboratoire (Groupe A)	cc-Moustapha.DodoAmadou@etsmtl.ca
01	Mamane Moustapha Dodo Amadou	Laboratoire (Groupe B)	cc-Moustapha.DodoAmadou@etsmtl.ca

Cours

Date

Contenus traités dans les cours

04 jan 2021

Introduction aux systèmes asservis (chapitre 1)

Historique;
Différencier les systèmes en boucle ouverte de ceux en boucle fermée;
Définir les caractéristiques d’un système de commande : réponse transitoire, réponse en régime permanent, stabilité;
Identifier les différents composants d’un système de contrôle et leurs fonctions;
Utiliser la transformée de Laplace pour l’étude des systèmes transitoire et permanent;
Utiliser la transformée de Laplace pour résoudre les équations différentielles;
Différencier le régime transitoire et le régime permanent;
Décomposer en fractions partielles;
Présentation des outils de simulation : Matlab, Simulink.

11 jan 2021

18 jan 2021

Modélisation des systèmes physiques (chapitre 2)

Développer les fonctions de transfert pour un système de commande;
Décrire les modèles physiques : Systèmes électriques, mécaniques (en translation, en rotation, engrenages), thermiques, fluides, et systèmes mixtes;
Développer le modèle linéaire d’un système de contrôle à l’aide de ses éléments;
Modéliser des systèmes électriques et mécaniques de 1 à plusieurs degrés de liberté.
Développer le modèle d’un moteur à courant continu (CC);
Étudier les courbes caractéristiques du moteur C.C.;
Modéliser un asservissement de vitesse pour le moteur C.C.

25 jan 2021

et 01 fev 2021

Quiz 1 (20 minutes)

Réponse temporelle des systèmes (chapitre 4)

Établir la notion de fonction de transfert, pôles, zéros et réponse;
Réponse totale, réponse naturelle, réponse forcée;
Définir les caractéristiques d’un système du 1er ordre : constante de temps, temps de montée et de réponse;
Analyser les performances des systèmes du 1er ordre.
Analyser les différents types de réponse d’un système de 2ième ordre : sur amortie, sous amortie, amortie critique, non amortie;
Définir les caractéristiques d’un système du 2e ordre : fréquence naturelle, facteur d’amortissement, temps de montée, temps de réponse, pourcentage de dépassement.

08 fev 2021

Méthode de simplification des schémas blocs (chapitre 5)

Règles de simplification des systèmes asservis;
Simplification des schémas-blocs à l’aide des règles manuels et graphique;
Méthode algébrique (Cramer) de simplification des blocs.

15 fev 2021

EXAMEN INTRA (3h)

25 fev 2021

Étude de la stabilité des systèmes de commande (chapitre 6)

Déterminer la stabilité avec le critère mathématique : la position des pôles de la fonction de transfert du système de commande;
Évaluer la stabilité absolue avec le critère algébrique de Routh-Hurwitz;
Conception d’un contrôleur à l’aide du critère de Routh-Hurwitz.

01 mars 2021

Erreurs statiques des systèmes (chapitre 7)

Définir les différentes erreurs statiques;
Notions des constantes d’erreur et de type du système;
Conception à l’aide des constantes d’erreur;
Les erreurs dues aux perturbations.

08 mars 2021

Quiz 2 (20 minutes)

Analyse en fréquence (réponse sinusoïdale) (chapitre 10)

Définir la réponse en fréquence d’un système de commande;
Représentation géométrique de la réponse en fréquence par les diagrammes de : Bode, Nyquist, Black et Nichols;
Tracer les lieux de Bode d’une fonction de transfert en boucle ouverte;
Déterminer les marges de gain et de phase avec un lieu de Bode (stabilité relative).

15 mars 2021

Analyse en fréquence (stabilité relative) (chapitre 10)

Évaluer la fonction de transfert d’un système à partir de la réponse en fréquence expérimentale;
Déterminer les marges de gain et de phase avec un lieu de Bode (stabilité relative).

22 mars 2021

Design des systèmes de commande – Les compensateurs (chapitre 11)

Modifier les performances d’un système en ajoutant une compensation en correction par avance et retard de phase;
Concevoir des correcteurs de phase par avance de phase;
Concevoir des correcteurs de phase par retard de phase.

29 mars 2021

Design des systèmes de commande – Les contrôleurs de type P, Pl, PID, méthode d’ajustement de Ziegler-Nichols

Problème sur les compensateurs;
Problème du manuel de référence au chapitre 11 : 1, 2, 3, 4, 6, 8, 11 et 13;
Révision générale.

Laboratoires et travaux pratiques

(Pour les TD, les exercices seront donnés)

Date	Description de l’activité pour le groupe A
13 jan 2021	Labo – Laboratoire no 1 : Initiation à MATLAB/SIMULINK et présentation du matériel QUBE-Servo 2.
20 jan 2021	TD - Séances de travaux dirigés (TD) : Transformées de Laplace et transformée inverse. Problème du manuel de référence au chapitre 2 : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 et 16.
27 jan 2021	TD – Modélisation et mise en équation des systèmes, Chap 2, Problèmes du manuel de référence au chapitre 2 : 17, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 43, 44, 45 et 46.
03 fev 2021	Labo - Laboratoire no 2 : Étude d'un système du 1^er ordre avec le matériel QUBE-Servo 2 par simulation.
10 fev 2021	TD – Problèmes systèmes du 1^er ordre Problèmes du manuel de référence au chapitre 4 : 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 32a. TD – Problèmes systèmes du 2^e ordre Problèmes du manuel de référence au chapitre 4 : 18 à 20, 23 à 25, 32c, 74 et 80 à 83.
17 fev 2021	Labo - Laboratoire no 3 : Conception d'un contrôleur par placement des pôles avec le matériel QUBE-Servo 2 par simulation
24 fev 2021	TD - Séance de travaux dirigées (TD) : Stabilité et design de paramètres de stabilité (Simulink et Routh-Hurwitz). Problèmes du manuel de référence au chapitre 6 : 1, 3, 5, 9, 12, 17, 33, 36 et 43.
03 mars 2021	Labo - Laboratoire no 4 : Conception des contrôleurs basée sur la méthode d'ajustement de Ziegler-Nichols.
10 mars 2021	TD - Séance de travaux dirigés (TD) : Erreurs statiques des systèmes. Problèmes du manuel de références au chapitre 7 : 1, 10, 13, 22, 31, 33, 36 et 45.
17 mars 2021	Labo - Laboratoire no 5 : Étude des erreurs statiques avec le matériel QUBE-Servo 2 par simulation.
24 mars 2021	TD – Séance de travaux dirigés (TD) : Problèmes d’analyse en fréquence. Problèmes du manuel de référence au chapitre 10 : 1, 4, 11, 24 et 26;
31 mars 2021	Labo - Laboratoire no 6 : Conception des contrôleurs basée sur la méthode fréquentielle avec le matériel QUBE-Servo 2 par simulation

Utilisation d'outils d'ingénierie

Logiciel MATLAB / Simulink et/ou votre calculatrice TI

Évaluation

Activité	Description	%
Examen de mi-session	Examen portant sur la théorie vue dans les chapitres 1, 2, 4 et 5 du cours et sur la pratique vue en laboratoire/TD	23
Quiz	Deux quizs (chaque quiz vaut 4%)	8
Examen final	Examen portant sur les chapitres 6, 7, 10 et 11 du cours et sur la pratique vue en laboratoire/TD	33
Laboratoires	Six laboratoires (chaque laboratoire vaut 6%) LA PRÉSENCE AUX LABORATOIRES EST OBLIGATOIRE	36

Remarque concernant les laboratoires : si les laboratoires se donnent à distance, le matériel utilisé sera remplacé par son modèle mathématique.

Dates des examens intra

Groupe(s)	Date
1	15 février 2021

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

Pour chaque jour de retard sur la remise du rapport de laboratoire un malus de 10% sera appliquée sur la note.

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).

Infractions de nature académique
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/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) 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

Ouvrage de référence :

NISE, N.S., (2014). Control Systems Engineering, 7^e éd., John Wiley and Sons.

Ouvrages de références

Autres ouvrages :

BÉLANGER, P.R. (1994). Control Engineering, a Modern Approach, Oxford University Press.
SEBORG, D.E., EDGAR, T.F. et MELLICHAMP,D.A. (1989). Process Dynamic and Control, Wiley.
OGUNNAIKE, B.A. et W.H. RAY (1994). Process Dynamics, Modeling and Control, Oxford University Press.
BEQUETTE, B.W. (1998). Process Dynamics, Modeling, Analysis and Simulation, Prentice-Hall.
THOMAS, P. (1999). Simulation of Industrial Processes for Control Engineers, Butterworth Heinemann.
CODRON, P. et LE BALLOIS, S. (1998). Automatique, systèmes linéaires et continus, Dunod.
OGATA et KATSUHIKO (1997). Modern Control Engineering, Prentice-Hall, 3^e éd.
KUO, B.C. (1995). Automatic Control System, Prentice-Hall, 7^e éd.
DORF, R.C. et R.M. BISHOP (1995). Modern Control Systems, 7^e éd., Addison-Wesley.
SAADAT, H. (1993). Computational Aids in Control Systems Using Matlab, Mc-Graw-Hill.
RAVEN, F.H. (1987). Automatic Control Engineering, McGraw-Hill.
HUGUES, T.A. (2002). Measurement and control basis, ISA Press.
BURNS, R.S. (2001). Advanced Control Engineering, Butterworth-Heinemann.

Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Site WEB :https://ena.etsmtl.ca/course/view.php?id=5218

Autres informations

Ne s'applique pas.