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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Georges Ghazi


PLAN DE COURS

Été 2024
GPA783 : Asservissement numérique en temps réel (4 crédits)





Préalables
Programme(s) : 6557,7485,7885
             
  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
Au terme de ce cours, l’étudiante ou 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 et aux étudiantes 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 et étudiantes 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 Lundi 18:00 - 21:30 Activité de cours
Vendredi 18:00 - 21:00 Laboratoire



Coordonnées du personnel enseignant le cours
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Philippe Hamelin Activité de cours cc-Philippe.Hamelin@etsmtl.ca A-3736
01 Mohamed-Hamza Laraki Laboratoire mohamed-hamza.laraki.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 (vidéoconférence)

 

 

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

(vidéoconférence)

Stabilité des systèmes échantillonnés

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

C8 Mercredi

26 juin

EXAMEN INTRA 3
C9-C10-C11

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
C12 Identification des systèmes 3
C13 Compensateurs polynomiaux 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 ou l'étudiante 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 de 3.33% chacun) 20
Devoirs (4 devoirs de 3.75% chacun) 15
Examen intra 35
Examen final 30



Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 26 juin 2024



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : https://www.etsmtl.ca/programmes-et-formations/horaire-des-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 7.2.5/ cycles supérieurs, article 6.5.2) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignante ou 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’étudiante ou l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice ou du coordonnateur – Affaires académiques qui en référera à la personne assurant la direction du département. Pour un examen final, l’étudiante ou l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau de la registraire. Dans tous les cas, l’étudiante ou l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire de demande d’examen de compensation 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’une étudiante ou 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 étudiantes et les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (www.etsmtl.ca/a-propos/gouvernance/secretariat-general/cadre-reglementaire/reglement-sur-les-infractions-de-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 tous les membres de la communauté étudiante sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignante ou l’enseignant du cours.



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.