EMN - Ecole des Mines de Nantes

Contexte

L’évolution des systèmes mécatroniques répond à des nécessités techniques, commerciales et stratégiques importantes. Devant satisfaire, en termes de performances et de compétitivité économique, à des besoins d'automatisation de plus en plus sévères, la conception de ces systèmes devient un défi technologique permanent. Ainsi, pour analyser et concevoir ces systèmes, il est nécessaire de mettre en place des expérimentations. Afin d’atteindre cet objectif, l'ingénieur a recours à des modèles qui sont des simplifications de la réalité. L'ingénieur parle aussi de simulation lorsqu'il expérimente sur le modèle avec la même démarche que celle qui le conduit à expérimenter sur le système réel. Parfois, l’ingénieur privilégie l’identification d’un jeu de paramètres afin de définir un modèle dont la structure est plus au moins figée. Ce modèle peut, par ailleurs, être continu ou discret ou même hybride.
Ainsi, l’UV « Modélisation des systèmes » est composée des modules suivants : « Modélisation par Bond Graph», « Identification », « Systèmes Dynamiques à Evènements Discrets». Des cas pratiques et concrets en relation avec l’industrie sont traités lors d’un ensemble de séminaires.

Objectifs

Objectifs généraux

Les trois modules de cette UV ont pour objet de transmettre les briques élémentaires de la modélisation par Bond Graphs, l’identification des systèmes et des notions avancées sur les systèmes dynamiques à évènements discrets. Les compétences développées dans cette UV sont idéalement adaptées aux métiers d’« ingénieur modélisation» et d’ «ingénieur d’étude » tels que conçus dans les grands groupes technologiques de l’Automobile à l’Aéronautique… Cette UV apporte aux futurs ingénieurs AII les bases permettant d’appréhender, par analogie, une large classe de processus industriels et propose une méthodologie canonique de modélisation. Cette UV est un pivot entre « signaux » et « systèmes ». Hormis la description des critères permettant d’évaluer la pertinence d’un modèle et d’optimiser ses paramètres, cette UV met l’accent sur les protocoles de tests permettant une bonne identification. Sur un autre registre, elle familiarise les futurs ingénieurs AII aux notions permettant de décrire et d’analyser des systèmes dynamiques à événements discrets ou hybrides.

Unites de valeurs cibles

Codes UVs cibles

UV Contrôle Commande des systèmes II : ST308CS2

UVs cibles

Aucune

Contenu et organisation pedagogique

Contenu de l'UV

« Modélisation par Bond Graphs »
Dans ce module, la théorie des Bond Graphs est présentée et son utilisation à des fins de modélisation, d’analyse et de simulation des systèmes abondamment illustrée.

1. La modélisation : un outil, une méthodologie
2. Introduction aux systèmes multiportes
3. Procédure de construction de modèles Bond Graphs
4. Notion de causalité
5. Bond Graphs et formulations mathématiques
6. Le langage Multibond Graphs Multiportes
7. Exemples (mécanique, thermodynamique …)

« Systèmes dynamiques à événements discrets »
Ce cours, subdivisé en trois parties, donne un aperçu des principaux modèles permettant de décrire et d’analyser les Systèmes Dynamiques à Evénements Discrets (SDED).

Partie 1 : Réseaux de Pétri
Après avoir rapidement rappelé les Réseaux de Pétri discrets (vus en FI3), ce module définira la notion de RdP continus (autonomes et temporisés). La combinaison de ces deux types de RdP permettront finalement d'introduire les RdP hybrides, particulièrement utilisés dans l'analyse dynamique des systèmes hybrides.
Partie 2 : automates et langages
Le module vise a donner un aperçu des concepts d'automate, système de transition et langage formel et d'introduire la théorie de la supervision de Ramadge-Wonham en vue de la conception d'automatismes et de contrôles supervisés.
Partie 3 : algèbre max-plus
On apprendra ici a modéliser l’évolution d'un SDED par un système d’équations max-linéaires, à analyser ce système du point de vue de l'analyse spectrale et a en déduire des règles de gestion optimale du SDED étudié.
La synthèse des trois parties est réalisée au travers de l’étude d’un cas pratique.

« Identification »
Le choix d'un modèle de description d'un processus est la phase initiale, essentielle, d'une démarche d'analyse, de commande ou d'optimisation d'un système. On parle alors d'identification d'un système, qui se compose du choix d'une classe de modèles puis, le cas échéant, d'une estimation des paramètres du modèle, a partir d'un ensemble de mesures effectuées sur le processus.

Supports pédagogiques

« Modélisation par Bond Graphs »
Bibliographie :
1. "Modélisation et identification des Processus", tome 2, par P. Borne, G. Dauphin-Tanguy ..., Ed. Technip
2. "System Dynamics : modeling and Simulation of Mechatronic Systems", by D.D. Karnopp et. al, Ed. Wiley
3. "Modélisation et Analyse de Systèmes Dynamiques par Bond-graphs", Polycopié de Michel Lebrun

« Systèmes dynamiques à événements discrets »
Bibliographie : " Du Grafcet aux Réseaux de Pétri", R. David et H. Alla, Ed. Hermès.

« Identification »
Bibliographie : "System Identification, Theory for the user", by L. Ljung, Ed. Prentice Hall

Nombre d'évaluations

5