EMN - École des Mines de Nantes

Contexte

Comme son nom l’indique la mécatronique est un ensemble de techniques au confluent de l’électronique, l’informatique et de la mécanique. Les objets considérés sont ici les systèmes mécaniques automatisés tels que robots, avions ou autre véhicules télé-opéré ou à conduite assistée. En accord avec le point de vue de l’Automatique, on entend ici par « système » un processus mécanique instrumenté par des actionneurs et capteurs pilotés au travers d’un calculateur. Ainsi, l’UV « mécatronique II » est composée des quatre composantes suivantes : « Instrumentation », « Infrastructure Informatique des systèmes de commande », « Informatique temps-réel », et « Modélisation Physique pour l’Automatique ».

Objectifs

Objectifs généraux

Les trois premiers cours susnommés ont pour objet de transmettre les briques élémentaires de l’instrumentation et de l’informatique industrielle tandis que le dernier a pour but de les intégrer au travers de l’étude d’un système mécanique concret fourni par la robotique. Les compétences développées dans cette UV sont idéalement adaptées au métier de « chef de projet » tel que conçu dans les grands groupes technologiques de l’Automobile à l’Aéronautique. Qui plus est, cette UV apporte aux futurs ingénieurs AII les connaissances technologiques et les réflexes méthodologiques, au moment crucial précédant leur entrée dans l’industrie.

Unites de valeurs cibles

Codes UVs cibles

UV ST 308 : Mécatronique I, ST 307 Contrôle Commande des Systèmes I

Contenu et organisation pedagogique

Contenu de l'UV

-Instrumentation
Cet enseignement est consacré a l’étude des composants technologiques d'un processus automatisé, composants dont le but est d'observer les processus (capteurs) et de commander ces processus (actionneurs). Une partie est consacrée aux outils électroniques associés à ces technologies. Il se scinde en deux parties : « Capteurs et exploitation de la mesure », « Actionneurs et électronique de Commande ».

Capteurs et exploitation de la mesure
Cette première partie porte sur les technologies des capteurs et leur exploitation dans une chaîne d'acquisition et de traitement pour la commande. Les capteurs ne sont pas envisagés comme des composants isolés servant pour la mesure physique mais sont considérés en fonction des besoins spécifiques de l'Automaticien.
La chaîne d'acquisition : les capteurs et leur technologie sont abordés en fonction de la classe de mesure qu'ils fournissent (capteurs de position, de vitesse, de couple, de température, de pression, etc.).

La chaîne de traitement: à partir de la physique des capteurs, les équations dynamiques et leurs caractéristiques pertinentes pour l'Automaticien sont établies. Sont également rappelés les différents éléments constitutifs de la chaîne de traitement : filtre analogique, carte d’acquisition, DSP …

Actionneurs et électronique de commande.
Ce second volet du cours traite des technologies généralement utilisées comme partie opérationnelle dans un système automatisé de production (SAP), c'est a dire les actionneurs et leur relation avec la partie commande.
A) Les actionneurs électriques moteurs (moteur a courant continu, moteur asynchrone, moteur pas a pas, etc.)
B) Les actionneurs hydrauliques : vérins, moteurs hydrauliques, etc.
C) Les actionneurs pneumatiques

-Infrastructure informatique des systèmes de commande

Le développement rapide de l'outil informatique oblige à prendre en compte les nouveaux outils de développement, les nouveaux équipements et la façon dont est pensée l'architecture matérielle de la partie commande dans les systèmes automatisés.

Ce cours est dédié à l'examen du concept « perception-décision-action » et sa traduction en termes matériel et logiciel afin d'accompagner l'automatisation ou la mise à niveau d'installations automatiques. Une large part est consacrée à l'étude et à la résolution de problèmes posés par des cas pratiques, en l'occurrence, des systèmes existants au sein du département.

- Informatique Temps réel

La première partie du cours sera consacrée à l'acquisition de connaissances dans le domaine des exécutifs temps-réel. La deuxième partie présentera aux étudiants le concept de langage réactif qui commence à faire son chemin auprès de grands groupes industriels. L'approche se fera à travers la présentation d'un langage (Esterel) qui est aujourd'hui utilisé dans l'industrie. Les étudiants mettront en pratique ce langage au travers d'un projet où ils construiront et programmeront un robot Lego. Dans une troisième partie, un intervenant présentera le concept de preuve de programme. Finalement le plan du cours est le suivant :

Introduction au temps-réel
Concepts des exécutifs temps-réel.
Quelques exemples concrets d'exécutifs.
Présentation du concept de langages réactifs
Le langage réactif synchrone Esterel
Vérification formelle de propriétés sur les programmes réactifs.

Activités pédagogiques

-Modélisation physique et simulation : 15 h Cours + 10h TP incluant évaluation.
- Instrumentation : 7h30 Cours + 3h3/4 TP + 3h3/4 d’évaluation.
- Infrastructure informatique des systèmes de commande : 7h30 cours + 17h30 TP.
- Informatique temps-réel : 13h3/4 Cours + 11h1/4 TP.

Supports pédagogiques

- Modélisation physique et simulation : Polycopier + internet + documents TP fourni (abaques, catalogues…).
- Instrumentation : Documents techniques fournis par les enseignants.
- Infrastructure informatique des systèmes de commande : Polycopier.
- Informatique temps-réel : Polycopier

La réunion Bilan est conçue comme un retour des élèves en présences des responsables de cours (si possible) et du responsable d’UV afin d’améliorer les cours individuellement et la cohérence de l’UV dans sa globalité.

Critere et mode d'evaluation

Critères d"évaluation

- Modélisation physique et simulation : évaluation incluse dans TP par rédaction de comptes rendus (10h de travail perso.). Evaluation par mise en situation (puis restitution) où les élèves sont isolés par groupes et l’enseignant joue le rôle de tuteur.
- 3h3/4 d’évaluation comprenant : 1°) Compte-rendu intermédiaire (fiche de synthèse de 2 pages et présentation de 5 min), 2°) Rapport final (de 20 à 30 pages), 3°) présentation orale (20 min de présentation + 10 min de questions).
- Infrastructure informatique des systèmes de commande : Minis projets (présentation orale + document écrit) inclus dans les TP.
- Informatique temps-réel : évaluation des comptes-rendus de TP.

Nombre d'évaluations

3