EMN - Ecole des Mines de Nantes

Contexte

La problématique fondamentale de l'Automatique est celle de la conception, de la mise en oeuvre et de
l'exploitation des moyens permettant à l'homme de maîtriser le comportement de systèmes complexes, naturels
ou artificiels. Science des systèmes, elle constitue une discipline transversale à de nombreux domaines
d'application.
Globalement, l’UV contribue de manière centrale au développement de la compétence : « Analyse-Observation-
Commande ». 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
nde production.
Le développement de cette compétence repose ici sur le tripode automatique dans l'espace d'état, traitement
numérique du signal et modélisation des systèmes à événements discrets. L'automatique moderne est basée
essentiellement sur la notion d'espace d'état qui permet une modélisation fine des processus dynamiques dans
les systèmes technologiques. L'objectif est d'utiliser cette notion pour
l'analyse et le pilotage des systèmes complexes. Le traitement du signal répond fondamentalement à l’enjeu de
l’extraction des informations pertinentes. La modélisation des systèmes de production par les réseaux de Pétri
permet une bonne possibilité de simulation des opérations industrielles.
Les compétences visées sont les suivantes : aptitude à comprendre, concevoir et mettre en oeuvre 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.
Ce module a comme pré-requis le module "Contrôle et commande I".

Objectifs

Objectifs généraux

Les objectifs peuvent être déclinés séparément pour les 3 modules de 30h chacun composant l’UV :
1. Automatique, commande et régulation
L'automatique moderne est basée essentiellement sur la notion d'espace d'état qui permet une modélisation fine
des processus dynamiques dans les systèmes technologiques. L'objectif est d'utiliser cette notion pour
l'analyse et le pilotage des systèmes complexes.
2. Traitement numérique du signal
Être opérationnel pour le traitement de signaux réels à l'aide de techniques électroniques utilisées dans
l'industrie. Illustrer par la pratique les concepts théoriques étudiés en automatique et en traitement du signal.
3. Modélisation des systèmes à événements discrets
Introduction à la modélisation des systèmes de production par les réseaux de Pétri qui permettent une bonne
possibilité de simulation des opérations industrielles.

Objectifs operationnels

Au cours de cette UV l’apprenant pourra acquérir des connaissances de base qui lui permettront ultérieurement
d’appréhender des systèmes de contrôle-commande existants ou d’en concevoir de nouveaux. Elle développe en
outre l’aptitude à comprendre, concevoir et mettre en oeuvre une chaîne d’acquisition (recueil et traitement deshttp://www.imagemagick.org/script/convert.php.
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.

Competences requises

Compétences requises

Avoir suivi l'UV Contrôle commande I et des bases minimales en mathématiques (algèbre linéaire et équations différentielles.

Unites de valeurs cibles

Codes UVs cibles

Cycle de base (Automatique, mathématiques, mécanique, analyse numérique), UV Contrôle et commande des systèmes.

UVs cibles

UV Contrôle-commande des systèmes II , SCT08CS
Modules (prochainement regroupes en UV) = Méthodologie de
commande (FI4-aii), Identification (FI4-aii), Commande optimale (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 : Automatique, commande et régulation
* Approche espace d'état en automatique - commandabilité et observabilité.
* Réalisation
* Commande par placement de pôles.
* Observateurs, approximation par les observateurs dynamiques.
* Commande à l'aide des observateurs.
* Méthodes polynomiales dans l'approche par espace d'état.
Module 2 : Traitement numérique du signal
* Présentation des cartes permettant de faire l'acquisition, la restitution
ainsi que le traitement du signal en temps réel.
* Présentation des chaînes de développement Texas Instruments associés
(compilateurs C, assembleur, linker).
* Application au filtrage numérique (FIR, IIR et par blocs)
* Synthèse d'une loi de commande dans l'espace d'état : modélisation, test,
mesures et validations.
Module 3 : Modélisation des systèmes à événements discrets
* Simulation : Introduction à la modélisation à événements discrets,
apprentissage du langage SIMAN sur le logiciel ARENA (simulateur de systèmes
de production).
• Réseaux de Pétri : Introduction aux Réseaux de Pétri autonomes et temporisés. Concepts de modélisation et
d’analyse formelle des systèmes à événements discrets. Introduction au logiciel PESIM (Simulation de
Réseaux de Petri).

Activités pédagogiques

Les formes pédagogiques mises en oeuvre sont diverses : cours/TD, TP (en automatique et surtout en traitement
numérique du signal) et mini-projet (en informatique industrielle).
Les formes pédagogiques sont adaptées au cours considéré.
Module 1, Automatique, commande et régulation : C 15, TD 10, TP 5 ;
Module 2, Traitement numérique du signal : C 15, TP 15 ;
Module 3, Systèmes à événements discrets : C 15, TD/TP 15

Supports pédagogiques

Les supports pédagogiques diffèrent d’un module à l’autre. Site campus en voie de construction.

Module 1
P. Borne et al. Modélisation et identifications des processus. Technip, 1992
P. De Larminat. Automatique. Hermes.
B. Friedland. Control System design. McGraw-Hill, 1986
(a) d'Andrea-Novel, M. Cohen de Lara. Commande linéaire des systèmes dynamiques

Module 2
M. Kunt, "Traitement Numerique des Signaux", Dunod.
A. V. Oppenheim, R. W. Schafer, "Discrete-Time Signal Processing", Prentice-Hall
Module 3
1) C.G. Cassandras and S. Lafortune, Introduction to Discrete Event Systems, Kluwer Academic Publishers, 1999.
2) R. David et H. Alla, Du Grafcet aux Réseaux de Petri, Hermès Paris, 1992.
3) J.M. Proth et X. Xie , Les Réseaux de Petri pour la conception et la gestion des systèmes de production, Ed. Masson, Paris, 1994.

SIMULATION :
EMN/DE/BL/Fiche-pédagogique UV -4/- 1er septembre 2005
1) Law, A.M. et Kelton, W.D. (1991), Simulation Modeling and Analysis. 2nd Edition, Mc Graw Hill, Singapore.
2) "Introduction to simulation using Siman", C. Dennis Pegden, R. E. Shannon, R. P. Sadowski, Mc Graw Hill (1990)
3) Simulation with ARENA, W. David Kelton , Randall P. Sadowski, Deborah A. Sadowski, 1998, McGraw-Hill

Critere et mode d'evaluation

Critères d"évaluation

Module 1: TP et EID courte, Module 2: TP, Module 3: EID

Nombre d'évaluations

2