Université du Québec en Outaouais Département d'informatique et d'ingénierie
Sigle : GEN1173  Gr. 01
Titre : Systèmes asservis
Session : Automne 2016  Horaire et local
Professeur : Taheri, Shamsodin
1. Description du cours paraissant à l'annuaire :

Objectifs

Au terme de cette activité, l'étudiant(e) sera en mesure : d'appliquer la théorie des systèmes de commande linéaire pour la conception et l'analyse des systèmes de commande automatique à haute performance.

Contenu

Définition et exemples de systèmes à commande automatique. Système asservi, servomécanisme, système de régulation, perturbations. Caractéristiques des systèmes en boucle fermée : sensibilité à la variation des paramètres. Erreurs statiques. L'erreur statique et le type du système. Réponse transitoire. Mesures de réponse en fréquence : méthodes, instruments. Performances des systèmes : spécification dans le domaine du temps et dans le domaine des fréquences. Contrôlabilité, observabilité. Stabilité des systèmes asservis; stabilité et précision. Critères de stabilité de Nyquist. Lieu des racines : définition et utilisation des racines pour le réglage des paramètres et la synthèse de composantes afin de rencontrer les spécifications imposées aux systèmes. Analyse et méthode de synthèse dans le domaine des fréquences. Lieu de Nyquist, Nichols, Black. Diagrammes de Bode de fonctions de transferts simples et composées. Analyse de Bode : stabilité, les marges de gain et de phase. La réponse temporelle à partir de la réponse fréquentielle. Compensation des systèmes. Correction par action avance-retard de phase. Contrôleurs multimodes : P, PD, PI, PID, conception par des méthodes analogiques et digitales. Méthodes empiriques de synthèse de régulateurs PID. Méthode de Ziegler-Nichols. Compensation dans le plan de Bode. Compensation à partir du lieu des racines. Introduction au contrôle numérique.
2. Objectifs spécifiques du cours :
Le cours couvre 4 des 12 qualités requises des diplômés telles que définies dans les normes d'agrément des programmes de génie au Canada. (http://www.engineerscanada.ca/fr/ressources-en-matiere-dagrement) :

a. Qualité 1 : Connaissances en génie

b. Qualité 3 : Investigation

c. Qualité 4 : Conception

d. Qualité 5 : Utilisation d'outils d'ingénierie

Les qualités 1, 3 et 4 sont mesurées dans ce cours pour fins de rétroaction

Objectifs spécifiques Qualité Indicateurs Introduit Développé Utilisé
Connaître différentes méthodes d'analyse de la stabilité d'un système pour la conception des systèmes de commande des éléments électriques et mécaniques 1 4. Comprendre et appliquer les concepts de l'ingénierie propres au programme x

Modélisation du système physique et de détermination de la fonction de transfert (Formuler la relation entre l'entrée et la sortie).

Étudier et interpréter le comportement d'une réponse de système.

 3 1. Formuler et tester des hypothèses de travail. x
Utiliser Matlab pour créer un système de contrôle et vérifier les performances sous différentes entrées avec les simulations requises.

Évaluer la performance de la conception par les méthodes Bode et Nyquist.

Appliquer les différents systèmes de contrôle en laboratoire.

 4 3. Créer des modèles, simulations, prototypes et faire des tests. x
4 4. Évaluer la performance de la conception en fonction du cahier des charges. x
3. Stratégies pédagogiques :

  • Leçons magistrales : 3 heures de cours par semaine.
  • Quiz.
  • Devoir (Projet de conception).
  • Travaux pratiques.
  • Examen de mi-session.
  • Examen final.
  • Lectures personnelles.

Laboratoires:

  • Une assistance technique sera assurée par un technicien du département (Abdelkrim Chebihi). Le technicien ne sera disponible que lors de la séance de laboratoire prévue à l'horaire.
  • Les règlements spécifiques au fonctionnement des laboratoires seront abordés lors du premier laboratoire.
  • La présence aux séances de laboratoire est obligatoire

Cours magistraux:

La participation et les échanges en classe sont les bienvenus. Le respect va dans les deux (2) sens. Veuillez respecter vos collègues et vos professeurs en classe (ne pas être un élément perturbateur) et vous serez traité avec le même respect en retour. Prière de ne pas arriver en retard au cours et de ne pas quitter avant la fin du cours. Si vous devez quitter avant la fin du cours, s'il vous plaît en informer le professeur au début du cours et minimiser la perturbation de la classe en occupant un siège près de la porte.

Par ailleurs, dans l'intérêt de tous et pour créer un climat calme et propice à l'apprentissage, il est exigé de garder dans votre sac tous les objets TIC pouvant affecter l'attention des autres étudiants et celle du professeur. ceci inclut l'ordinateur portable, le téléphone cellulaire (en mode fermé ou silencieux) et autres outils de communication (SMS, etc.), journaux et lecteurs MP3. Votre collaboration sera grandement appréciée par le professeur et les autres étudiants. Le professeur se réserve le droit de confisquer lesdits objets le cas échéant (cours et/ou l'attention du professeur et/ou des étudiants sont affectés). En effet, l'utilisation des TIC dans la salle de classe ne peut se faire qu'à des fins pédagogiques. Les autres formes d'utilisation pouvant être potentiellement une source de distraction pour le professeur ou les autres étudiants.

4. Heures de disponibilité ou modalités pour rendez-vous :
Sur rendez-vous par courriel (shamsodin.taheri@uqo.ca).
5. Plan détaillé du cours sur 15 semaines :
Semaine Thèmes Dates
1    Chapitre 1 : Introduction aux systèmes de contrôle
  • Définition et classification des systèmes de commande.
  • Schéma fonctionnel d'un système en boucle ouverte (BO), d'un système en boucle fermée (BF).
  • Exemples de systèmes asservis.
  • Analyse et objectifs de design
  • Processus de design
 12 sept. 2016 
2    Chapitre 2 : Modélisation mathématiques des systèmes linéaires
  • Linéarisation des systèmes non linéaires
  • Transformée de Laplace
  • Fonction de transfert
  • Modélisation des systèmes
  • Diagramme fonctionnel
  • Réduction du graphe de fluence (Règle de Mason)
  • Réduction du graphe de fluence (Règle de Mason)
 19 sept. 2016 
3    Chapitre 3 : Réponse dans le domaine temporel
  • Pôles et Zéros d'un système
  • Réponse d'un système du premier ordre
  • Réponse du premier ordre par expérimentation
  • Systèmes de deuxième ordre
  • Relations entre les pôles et la réponse transitoire d'un système de deuxième ordre

Travaux pratiques I: Commande de processus en boucle ouverte. (Le jeudi 29 septembre 2016)

 26 sept. 2016 
4    Chapitre 3 : Réponse dans le domaine temporel (suite)
  • Systèmes d’ordre supérieur
  • Erreur statique
  • Types de systèmes
  • Évaluation de l’erreur statique
  • Sensibilité aux variations de paramètres

Travaux pratiques II: Contrôle de la température en boucle fermée. (Le jeudi 6 octobre 2016)

 03 oct. 2016 
5    Semaine d'études 10 oct. 2016 
6    Chapitre 4 : Stabilité des systèmes asservis
  • Introduction
  • Détermination de la stabilité
  • Critère de Routh-Hurwitz

Travaux pratiques III : Analyse de la réponse des systèmes par le logiciel MATLAB (Le jeudi 20 octobre 2016)

 17 oct. 2016 
7    Chapitre 5 : Contrôleurs
  • Contrôleur proportionnel (P)
  • Contrôleur intégral (I)
  • Contrôleur proportionnel-intégral (PI)
  • Contrôleur dérivateur (D)
  • Contrôleur PID
  • Méthodes empiriques de synthèse de Contrôleurs PID : Méthode de Ziegler-Nichols
 24 oct. 2016 
8    Examen de mi-session 31 oct. 2016 
9    Chapitre 6 : Représentation d'état d'un système dynamique
  • Définition
  • Représentation d'état d'un système physique
  • Conversion de fonction de transfert à espace d’état
  • Conversion d’espace d’état à fonction de transfert
  • Représentation des systèmes d’état par des diagrammes de fluences
  • Stabilité dans l'espace d'état

Travaux pratiques IV : Mode de fonctionnement du contrôleur PID. (Le jeudi 3 novembre 2016)

07 nov. 2016 
10    Chapitre 7 : Analyse par le lieu des racines des systèmes bouclés
  • Introduction
  • Règles pour tracer le lieu des racines
  • Construction du lieu des racines
  • Le lieu des racines avec MATLAB

Travaux pratiques V : Identification du procédé et mise au point du contrôleur PID. (Le jeudi 10 novembre 2016)

 14 nov. 2016 
11    Chapitre 8 : Réponse en fréquence des systèmes linéaires
  • Introduction
  • Le lieu de Bode
  • Le lieu de Bode avec MATLAB
 21 nov. 2016 
12    Chapitre 8 : Réponse en fréquence des systèmes linéaires (suite)
  • Stabilité relative, marge de gain et marge de phase
  • Le lieu de Nyquist
  • Définition
  • Tracé du lieu de Nyquist
  • Détermination de la stabilité
 28 nov. 2016 
13    Chapitre 9 : Conception de système dans domaine fréquentiel
  • Introduction
  • Réponse transitoire : ajustement par gain
  • Compensateur à retard de phase
 05 déc. 2016 
14    Chapitre 9 : Conception de système dans domaine fréquentiel (suite)
  • Compensateur à avance de phase
  • Compensateur à avance-retard de phase
 12 déc. 2016 
15    Examen final 19 déc. 2016 
6. Évaluation du cours :
Outils d'évaluation Pondération Indicateurs mesurés
Travaux pratiques (5 séances) 20 % 4.3 et 4.4
Devoirs et quiz 15 % 3.1
Examen de mi-session 30 % 1.4
Examen final 35 % 1.4

Tout appareil électronique personnel (cellulaires et autres outils de communication, lecteurs MP3...) est interdit pendant les examens et l'utilisation non autorisée d'un tel dispositif électronique sera considérée comme une fraude selon le terme de la procédure concernant les infractions relatives aux études et sanctions. Le professeur retire automatiquement l'examen à l'étudiant et ce dernier obtient la note de zéro (0) pour cette évaluation.

Il faut obtenir une moyenne minimale de 52 % au total des 2 examens pour que les notes des travaux pratiques et devoirs comptent dans le calcul de la note finale.

Il faut obtenir une moyenne de 50 % aux travaux pratiques pour les notes des travaux comptent. La présence aux travaux pratiques est obligatoire.

Aucun délai pour la remise des travaux pratiques et devoirs ne sera négociable (sauf force majeure) et une note de 0 sera attribuée. Le rapport doit être remis via le site Moodle du cours.

Attention: La présence aux cours est obligatoire. Trois absences ou plus mèneront automatiquement à un échec .

Indicateurs Niveau 0 Niveau 1 Niveau 2 Niveau 3
1.4 - Comprendre et appliquer les concepts de l'ingénierie propres au programme. Moins de 52 % Entre 52 % et 63 % Entre 64 % et 83 % Plus de 84 %
3.1 - Formuler et tester des hypothèses de travail. Formulation inacceptable et tests inadéquats Formulation et tests partiels Formulation et tests adéquats Formulation et tests remarquables
4.3 - Créer des modèles, simulations, prototypes, et faire des tests. Création de modèles, simulations, prototypes et/ou exécution des tests inadéquates ou inexistantes. Création acceptable de modèles, simulations, prototypes, mais exécution de tests insuffisante. Création de modèles, simulations, prototypes et exécution de tests adéquates. Création de modèles, simulations, prototypes et exécution de tests remarquables.
4.4 - Évaluer la performance de la conception en fonction du cahier des charges. Vérification inadéquate ou inexistante Vérification partielle Vérification acceptable Vérification exhaustive
7. Politiques départementales et institutionnelles :
8. Principales références :
Références principales :
  • Control Systems Engineering (6e édition), Norman S. Nise, John Wiley & Sons, 2011 (ISBN 978-0471-79475-2.
  • Modern Control Systems, Richard C. Dorf, Robert H. Bishop, Addison Wesley, 2001.
Références additionnelles :
  • Modern Control Engineering (15e édition),K. Ogata, Prentice Hall, 2010
  • Modern Control Systems, Richard C. Dorf, Robert H. Bishop, Addison Wesley, 2001.
  • Systèmes asservis, El-Kébir Boukas, Éditions de l'École Polytechnique de Montréal, 1995.
  • Systèmes asservis : commande et régulation, M. Zelazny, F. Giri, T. Bennani, Éditions Eyrolles, 1994.
  • Systèmes asservis, (2e édition), J. J. Distefano, A.R. Stubberud, I.J. Williams, McGRAW-HILL, 1994.
  • Automatique : Systèmes linéaires et continus (2e édition), Sandrine Le Ballois, Pascal Codron, Dunod, 2006.
9. Page Web du cours :
https://moodle.uqo.ca