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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Christian Belleau


PLAN DE COURS

Hiver 2025
MEC788 : Mécatronique (3 crédits)





Préalables
Programme(s) : 7684,7884
             
  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’étudiante ou 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 laboratoires visant à mettre en oeuvre les notions théoriques et les techniques d'analyse exposées en classe;
Un premier devoir (Devoir #1) axé sur la modélisation et la simulation des systèmes physiques, l'utilisation des schémas blocs et les réponses temporelle et fréquentielle.
Un deuxième devoir (Devoir #2) axé sur le dimensionnement des actionneurs et l'ajustement des systèmes de commande.




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 13:30 - 17:30 Laboratoire (2 sous-groupes)
Mardi 08:30 - 12:00 Activité de cours
02 Lundi 18:00 - 22:00 Laboratoire (2 sous-groupes)
Vendredi 18:00 - 21:30 Activité de cours



Coordonnées du personnel enseignant le cours
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Christian Belleau Activité de cours Christian.Belleau@etsmtl.ca D-2041
01 Rony Ibrahim Laboratoire (2 sous-groupes) rony.ibrahim@etsmtl.ca
02 Christian Belleau Activité de cours Christian.Belleau@etsmtl.ca D-2041
02 Rony Ibrahim Laboratoire (2 sous-groupes) rony.ibrahim@etsmtl.ca



Cours
Cours no. Contenus traités dans le cours Heures
1

Introduction
Modélisation des systèmes mécaniques en translation

3
2

Modélisation des systèmes mécaniques en rotation

Modélisation des systèmes mécaniques combinés

Transformées de Laplace
Fonction de transfert
Construction de schéma-bloc

3
3

Simplification de schéma-bloc

Réponse temporelle des systèmes du 1er et du 2e ordre 

3
4

Réponse temporelle des systèmes du 1er et du 2e ordre (suite)

3
5

Modélisation des systèmes électriques

Modélisation du moteur à courant continu

3
6

Modélisation des systèmes thermiques

Modélisation des systèmes fluidiques

3
7

Examen intra (voir calendrier de chaque groupe)

3
8

Introduction aux systèmes de commande à actions PID (proportionnelle, intégrale et dérivée)

Analyse et réglage des systèmes de commande à actions PID (proportionnelle, intégrale et dérivée)

3
9

Analyse et réglage des systèmes de commande à actions PID (proportionnelle, intégrale et dérivée) (suite)

Notion du lieu des racines

3
10

Analyse et réglage des systèmes de commande à actions PID (proportionnelle, intégrale et dérivée) (suite)

Notion du lieu des racines

3
11

Dimensionnement et sélection des actionneurs

3
12

Réponse fréquentielle des systèmes du 1er et du 2e ordre
Lieu de Bode
Indices de performances fréquentielles
Modélisation empirique

3
13

Phénomènes physiques des capteurs
Exemples de capteur

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 (critère de performance) 2
5 Exercices sur les systèmes de commande 2
6 Exercices sur le lieu des racines 2
7 Exercices sur les actionneurs 2
8 Exercices sur la réponse fréquentielle 2

 

Laboratoires

Lab.no. Description Heures
1 Introduction à Matlab® et Simulink® 2
2 Utilisation de Matlab® et Simulink® pour résoudre des systèmes dynamiques. 2
3 Simulation du déplacement d'une bille sur une poutre 2
4 Simulation du système de commande pour le positionnement de la bille sur la poutre 2

 

 




Utilisation d'outils d'ingénierie

Outils de modélisation et de simulation numérique des systèmes dynamiques complexes (linéaires).

Laboratoires de modélisation de la commande de position d'une bille sur une poutre à l’aide de Simulink (équation temporelle et en Laplace).




Évaluation
Activités %

   Laboratoire 2

5%

   Laboratoire 3

7%

   Laboratoire 4

4%

Devoir 1

7%

Devoir 2

7%

Intra

35%

Final

35%




Double seuil
Note minimale : 50



Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1, 2 24 février 2025



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

-10% par jour de retard.

-100% après trois jours.




Absence à une évaluation

Afin de faire valider une absence à une évaluation en vue d’obtenir un examen de compensation, l’étudiante ou l’étudiant doit utiliser le formulaire prévu à cet effet dans son portail MonÉTS pour un examen final qui se déroule durant la période des examens finaux ou pour tout autre élément d’évaluation surveillé de 15% et plus durant la session. Si l’absence concerne un élément d’évaluation de moins de 15% durant la session, l’étudiant ou l’étudiante doit soumettre une demande par écrit à son enseignante ou enseignant.

Toute demande de validation d’absence doit se faire dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de l’évaluation, sauf dans les cas d’une absence pour participation à une activité prévue aux règlements des études où la demande doit être soumise dans les cinq (5) jours ouvrables avant le jour de départ de l’ÉTS pour se rendre à l’activité.

Toute absence non justifiée par un motif majeur (voir articles 7.2.6.1 du RÉPC et 6.5.2 du RÉCS) 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

Documentation obligatoire
MEC788 – Notes de cours - Disponible sur le site Moodle




Ouvrages de références
  • Kluever, C. A., Dynamic Systems, Modeling, Simulation, and Control, John Wiley & Sons, 2e édition, 2019.
  • 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