EMN - École des Mines de Nantes

Contexte

Globalement, l’UV contribue de manière centrale au développement de la compétence : « mesurer- décider-agir ». Piloter un système requiert une connaissance a priori de son comportement et des informations en temps réel sur son « état ». S’il n’est concepteur lui même, l’ingénieur ne peut ignorer le mécanisme de gestation des informations nécessaires à la conduite (commande, supervision, maintenance) du processus considéré : systèmes électromécaniques (e.g. robot dont véhicules automobiles, systèmes de transport de bandes, actionneurs ….), énergétiques (e.g. centrale électrique, moteur thermique, réacteurs chimiques ou biologiques ….). Au delà , il lui appartiendra de prendre les décisions qui s’imposent (pour améliorer les performances globales du processus) s’il est un ingénieur de terrain, soit de participer à la conception même du système automatisé (actions déduites automatiquement de l’analyse des mesures) s’il est ingénieur d’étude ou de service.

Le développement de cette compétence « généraliste » repose ici sur le tripode informatique industrielle, traitement du signal et asservissements. L’informatique industrielle supporte un savoir faire technologique permettant la communication physique entre composants d’un système : capteurs, calculateur, réseau, actionneur. Le traitement du signal répond fondamentalement à l’enjeu de l’extraction des informations pertinentes. La théorie de l’asservissement enfin est intégratrice et vise à l’élaboration d’« actions » pertinentes, d’un régulateur automatisé exploitant les informations disponibles en temps réel et la connaissance a priori du comportement macroscopique du système pour le piloter : e.g. régulateurs de vitesse pour un véhicule automobile, de position pour des robots gouvernes d’avion ou autre, de température dans le cadre de la domotique, de pression et de température en thermodynamique, de niveau de réactivité pour le coeur d'une centrale nucléaire ….

Objectifs

Objectifs généraux

Au delà, les compétences visées sont les suivantes : aptitude à comprendre, concevoir et mettre en œuvre une chaîne d’acquisition (instrumentation, et traitement des signaux issus des capteurs), à appréhender des systèmes complexes par décomposition et analogie, à concevoir enfin, à partir de la donnée d’un modèle du système, une loi de commande permettant son pilotage. Ces compétences contribuent également à doter le futur ingénieur d’un « langage » transdisciplinaire essentiel pour jouer un rôle clé au sein d’un projet.

Objectifs operationnels

Concrètement, à l’issu de cette UV, l’apprenant saura :
- comprendre les architectures et maîtriser les langages de programmation évolués des systèmes informatiques (à vocation temps réel/embarqué)
- mettre en œuvre des algorithmes permettant à un calculateur de dialoguer avec son environnement : capteurs et actionneurs d’un robot de la cellule flexible, client/serveur d’application
- échantillonner et analyser un signal issu de capteurs analogiques : cette compétence sera mise à profit ultérieurement pour le développement d’un vrai savoir-faire dans ce domaine ;
- simuler des modèles dynamiques de système, analyser la qualité d’un asservissement (indicateurs de performance et de robustesse), élaborer et mettre en œuvre enfin un régulateur linéaire dans le cas mono-actionneur / mono-capteur.

Unites de valeurs cibles

Codes UVs cibles

- Automatique et optimisation (Cycle de Base, AEP05)
- Fonction de la variable complexe, mesure, intégration, analyse de Fourier (Math FI2 = MAT05)
- Mécanique générale (Physique FI1)
- Electronique numérique (FI1)

UVs cibles

Ces connaissances et savoir-faire sont requis pour l’UV contrôle-commande des systèmes II au semestre 8 et pour la majorité des UV de l’option AII. Ils participeront également à une compréhension approfondie des UV (liste UV QSF, GSE, GE).
titre et réf : UV Contrôle-commande des systèmes II , SCT08CS
Modules (prochainement regroupes en UV) = Méthodologie de commande (FI4-aii), Identification (FI4-aii), infrastructure informatique des systemes de commande (FI4-aii), Commande avancée (FI4-GE), Instrumentation (FI3) ….

Contenu et organisation pedagogique

Contenu de l'UV

MODULE 1 : ASSERVISSEMENTS AVANCÉS
A. Introduction générale
B. Asservissements à temps continu
- Rappels préliminaires (manipulation de schémas bloc, PID)
- Critères de qualité d'un asservissement (stabilité et performances robustes)
- Placement de pôles robuste (approche polynomiale et méthodologie de conception)
C. Asservissements à temps Discret
- Signaux discrets : analyse et manipulation
- Systèmes discrets (Représentation, réponse fréquentielle, réponse temporelle)
- Discrétisation des systèmes à temps continu (CAN/CNA, modèle échantillonné équivalent)
- Commande a temps discret (discrétisation de régulateurs continus, conception à temps discret dont méthodologie de placement de pôles, implémentation de régulateurs numériques)

MODULE 2 : BASES DE TRAITEMENT DU SIGNAL
A. Transformations intégrales (Fourier), algorithmes de mise en œuvre
B. Signaux déterministes et aléatoires
C. Analyse spectrale, filtrage linéaire
D. Echantillonnage

MODULE 3 : INFORMATIQUE INDUSTRIELLE
A. Introduction à l’informatique industrielle
B. Apprentissage du langage C++
C. Introduction au système d’exploitation
D. Multi-Activités et Ordonnancement
E. Synchronisation

Activités pédagogiques

Les formes pédagogiques sont adaptées au cours considéré. Ainsi, le module asservissement avancés
procède sur la base de cours/TD intégrés (20 h env.) et de travaux pratiques en simulation ou expérimentaux (10 h env.). L’évaluation est réalisée sur la base des travaux pratiques et d’un quiz. Le module base de traitement du signal procède lui sur la base de cours/TD intégrés et d’un examen final. Le module informatique industrielle s’appuie majoritairement sur un projet noté.

Supports pédagogiques

Les supports pédagogiques diffèrent la encore d’un module à l’autre. Un polycopié est distribué au fil du cours en asservissements avancés et des transparents sont projetés accompagné de courts développements au tableau. Un polycopié est disponible en bases de traitement du signal mais le cours fait l’objet de développements au tableau. Un polycopié et des exemples de réalisation (codes sources) sont disponibles sur Campus en informatique industrielle.

Eléments bibliographiques :
- Aström K. J., Wittenmark B., Computer Controlled Systems, Prentice Hall , 1984.
- Franklin G.F., Powell J.D., Workman M.L., Digital Control of Dynamic Systems, Addison Wesley, 1992.
- De Larminat Ph. , « Automatique », Ed. Hermès 1993 (in French).
- Borne P., Dauphin-Tanguy G., Richard J.P., Rotella F., Zambettakis I., Analyse et Régulation des Processus Industriels – Tome 2 : régulation numérique, Technip, 1993

Critere et mode d'evaluation

Critères d"évaluation

Critères permettant d’évaluer les objectifs initiaux :
- Quiz sur les points clés du cours et qualité des développements et analyses en TP (asservissements avancés)
- Qualité de la prestation lors de l’examen final (bases de traitement du signal)
- Qualité de la progression (projet en informatique industrielle) et degré d’avancement

Les évaluations sont réparties comme suit :
- En fin de semestre : un examen en « signal », un quiz et un TP en asservissements
- A mi-parcours : un TP d’asservissements
- Le mini-projet en informatique industrielle fait l’objet d’une évaluation continue avec remise d’un rapport final.

Un bilan pédagogique est réalisé avec les élèves en fin de semestre, après la fin des cours : ½ journée durant la semaine de bilan ?

Conseils aux apprenants :
- Inutile de compter sur un bachotage en fin de module pour cette UV …. Questionner le professeur au début de chaque module sur les zones d’ombre du cours précédent et solliciter des exercices si nécessaire.
- Préparer les TP à l’avance
- Ne pas hésiter à faire part de ses faiblesses. L’objectif est bien d’amener tout le monde à bon port ….

Nombre d'évaluations

5