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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Guy Gauthier


PLAN DE COURS

Hiver 2021
GPA783 : Asservissement numérique en temps réel (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
Programme(s) : 7485,7885
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    GPA535    
             
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

À la fin de ce cours, l’étudiant sera en mesure :

  • d’appliquer les principes de la commande par ordinateur;
  • de concevoir des contrôleurs en temps réel par des techniques numériques.

Fonctionnement et modélisation des convertisseurs de type numérique à analogique, de type analogique à numérique et des encodeurs de position. Théorème d'échantillonnage et bloqueur d'ordre zéro. Analyse des systèmes d’asservissement échantillonnés. Fonctionnement des contrôleurs P, PI, PD et PID échantillonnés. Équations récurrentes et implantation des contrôleurs en temps réel. Conception des contrôleurs par la méthode industrielle Ziegler-Nichols et par celle du placement des pôles. Introduction aux problèmes d'imposition d'un modèle de référence et de suivi de trajectoires. Généralisation de la méthode du placement des pôles à l’aide de contrôleurs spécialisés et introduction à l'identification des systèmes échantillonnés par la méthode des moindres carrés.

Séances de laboratoire : analyser, concevoir et implanter en temps réel divers contrôleurs; appliquer les techniques de conception à l’aide du logiciel LabView.




Objectifs du cours

Étudier le mécanisme d’échantillonnage en temps réel en s’appuyant sur les concepts fondamentaux ainsi que sur les principes électroniques de la conversion des signaux. Utiliser la transformée en z pour modéliser les systèmes discrets et étudier leur réponse dynamique ainsi que leur stabilité.

Apprendre à utiliser une unité de calcul temps réel ainsi que des interfaces matérielles pour asservir des systèmes dynamiques. Programmer des algorithmes d’asservissement et les valider expérimentalement.

Choisir et concevoir des algorithmes de commande échantillonnés permettant d’imposer des spécifications dynamiques appropriées tout en respectant des contraintes.




Stratégies pédagogiques

Le cours s'échelonne sur 39 heures d'exposés magistraux et 36 heures de laboratoire. Une période d'environ 12 heures par semaine est requise pour l'étude et les travaux à remettre. Durant les 3 heures 30 minutes par semaine de cours magistraux, de nombreux exemples seront étudiés pour permettre aux étudiants de bien assimiler la théorie et les méthodes présentées en classe. Durant les 3 heures de laboratoire, la théorie apprise sera appliquée sur un banc d'essais expérimental.

 




Utilisation d’appareils électroniques

En plus du projecteur utilisé pour exposer la matière du cours, un deuxième projecteur est utilisé pour exposer simultanément des tables de transformées, des calculs et des simulations. Les étudiants sont invités à emprunter un iPad à la bibliothèque afin de participer interactivement à certains exercices de calculs et de simulations.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mardi 08:30 - 12:00 Activité de cours
Vendredi 08:30 - 11:30 Laboratoire (Groupe A)
Vendredi 13:30 - 16:30 Laboratoire (Groupe B)



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Philippe Hamelin Activité de cours cc-Philippe.Hamelin@etsmtl.ca A-3736
01 Brahim Brahmi Laboratoire (Groupe A) brahim.brahmi.1@ens.etsmtl.ca
01 Brahim Brahmi Laboratoire (Groupe B) brahim.brahmi.1@ens.etsmtl.ca



Cours
COURS ACTIVITÉS DES COURS HEURES
C1

Rappel  des notions de base

  • Transformée de Laplace
  • Fonction de transfert et schéma-blocs
  • Système en boucle ouverte et en boucle fermée
  • Régulation
3
C2

Discrétisation des signaux continus

  • Convertisseurs A/N et N/A
  • Théorème d’échantillonnage
  • Aspects pratiques du choix de la période d’échantillonnage
  • Introduction à la transformée en z
3
C3-C4-C5-C6

Analyse des systèmes échantillonnés

  • Transformée en z
  • Théorème de la valeur finale
  • Fonction de transfert échantillonnée d’un système hybride
  • Simulation des systèmes échantillonnés
  • Mise en œuvre des systèmes de commande échantillonnés
  • Fonctions de transfert des compensateurs Pi, PD et PID
  • Conception par la méthode de Ziegler-Nichols
  • Erreurs en régime permanent
12
C7

Stabilité des systèmes échantillonnés

  • Transformation conforme du plan s au plan z
  • Pôles stables dans le plan z
  • Critère de jury
3
C8-C9-C10

Conception des compensateurs échantillonnés

  • Conception par imposition complète et partielle des pôles
  • Conception des compensateurs en cascade
  • Conception par annulation pôles-zéros
  • Conception par imposition d’un modèle de référence
  • Suite de trajectoires
  • Estimateur de perturbations
9
C11 Identification des systèmes 3
C12 Compensateurs polynomiaux 3
C13 Révision et questions/réponses 3
  EXAMEN FINAL  



Laboratoires et travaux pratiques
LABO ACTIVITÉS DES LABORATOIRES HEURES
L1 Identification du procédé à l’aide d’un ordinateur 3
TP1 Exercices sur les transformées en z 3
TP2 Exercices sur la transformation des schémas blocs hybrides 3
L2 Simulation et mise en eouvre d’un compensateur de vitesse Pl à l’aide d’un ordinateur 6
L3 Simulation et mise en eouvre d’un compensateur de position en cascade à l’aide d’un ordinateur 9
L4-L5 Conception et validation d’un compensateur de vitesse Pl et d’un compensateur de position en cascade 6
L6 Conception et réalisation d’un compensateur qui assure le suivi d’une trajectoire 6



Utilisation d'outils d'ingénierie

Lors des activités de laboratoires, l’étudiant sera amené à concevoir et à simuler des systèmes d’asservissement numériques appliqués à un vérin électrique à l’aide du logiciel MATLAB-SIMULINK et à réaliser plusieurs mises en œuvre grâce au logiciel LABVIEW et à une carte d’acquisition temps réel.




Évaluation
ACTIVITÉ %
Laboratoires (6 laboratoires, 5 % chacun) 30
Devoirs (4 devoirs, 7.5 % chacun) 30
Examen final 40



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

Les devoirs en retard ne seront pas acceptés et se verront attribuer la note zéro.




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/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

BIGRAS, P. (2011). GPA783 Asservissement numérique en temps réel, Notes de cours, École de technologie supérieure. Disponibles en format électronique sur la page web du cours.




Ouvrages de références

OGATA, K. (1995). Discrete-Time Control Systems, 2e éd., Prentice-Hall.

 

NEKOOGAR, F. et G. MORIARTY (1999). Digital Control Using Digital Signal Processing, Prentice-Hall.

 

KUO, B.C. (1992). Digital Control Systems, 2e éd., Holt, Rinchart et Winston.

 

PHILIPS, C. et H.T. NAGLE (1995). Digital Control System Analysis and Design, 3e éd., Prentice-Hall.

 




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca

 




Autres informations

Ne s'applique pas.