2020-2021 / SYST0003-1

Linear control systems

Theory

Control system design in time domain and frequency domain

Durée

Theory : 26h Th, 6h Pr
Control system design in time domain and frequency domain : 20h Pr, 6h Labo.

Nombre de crédits

 Master : ingénieur civil biomédical, à finalité5 crédits 
 Master : ingénieur civil électromécanicien, à finalité5 crédits 
 Master : ingénieur civil en informatique, à finalité5 crédits 
 Master : ingénieur civil en informatique, à finalité (double diplômation avec HEC)5 crédits 
 Master : ingénieur civil mécanicien, à finalité5 crédits 
 Master : ingénieur civil physicien, à finalité5 crédits 

Enseignant

Theory : Guillaume Drion
Control system design in time domain and frequency domain : Guillaume Drion

Coordinateur(s)

Guillaume Drion

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

Organisation et évaluation

Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Ce cours se concentre sur l'analyse, le design et la réalisation de contrôleurs feedback dans les différents métiers de l'ingénieur. Il établit les bases théoriques de la théorie du contrôle des systèmes linéaires invariants dans le temps d'une part (systèmes LTI), et illuste l'utilité de ces base théoriques à travers des applications diverses.
Le cours suit la structure suivante:




  • Introduction aux systèmes en boucle fermée et systèmes "feedforward": exemples de la vie courante.
  • Design de contrôleurs feedback dans le domaine temporel: concepts de contrôlabilité et d'observabilité.
  • Analyse de contrôleurs feedback dans le domaine fréquentiel: concept de fonction de transfert de boucle, critère de Nyquist et stabilité d'un système en boucle fermée, diagramme de Nyquist.
  • Design de contrôleurs feedback dans le domaine fréquentiel: fonction de sensibilité et fonction complémentaire de sensibilité, robustesse aux pertubrations et au bruit de mesure, concepts de "gang of four" et "gang of six".
  • Réalisation de systèmes contrôlés: technique du placement de pôles, rapports entre domaines temporel et fréquentiel. 
 
Une description plus détaillées est disponible sur la page web du cours:
http://sites.google.com/site/gdrion25/teaching/syst0003

Theory

Cette partie présente les concepts théoriques nécassaire au dévelopement de systèmes de contrôle linéaires ainsi que des exemples pratiques.
Domaine temporel: modelisation en système d'état, contrôlabilité, observabilité, feedback d'état, output feedback (observateur). 
Domaine fréquentiel: fonction de transfert en boucle ouverte, diagrammes de Bode, fonciton de transfert de boucle, critère de Nyquist, diagramme de Nyquist, marges de sensibilité, loop shaping ("gang of four" et "gang of six").

Control system design in time domain and frequency domain

L'étudiant devra réaliser le design d'un contrôleur dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel en utilsant les concepts théoriques développés au cours. 

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

A l'issue de ce cours, l'étudiant sera capable de


  • maitriser les concepts de contrôle et de feedback.
  • déterminer la contrôlabilité et l'observabilité d'un système LTI.
  • construire un observateur d'état d'un système LTI.
  • réaliser le design d'un contrôleur dans le domaine fréquentiel. 
  • analyser la stabilité d'un système en boucle fermée à partir de sa fonction de transfert de boucle (critère de Nyquist).
  • tracer les diagrammes de Bode et de Nyquist de la fonction de transfert de boucle et y représenter les marges de gain, de phase et de sensibilité. 
  • analyser les performances d'un système feedback, ainsi que sa robustesse aux perturbations et au bruit de mesure. 
  • realiser un système contrôlé à partir de son design fréquentiel. 

Savoirs et compétences prérequis

Cours de modélisation et d'analyse des systèmes linéaires (SYST0002 ou équivalent).

Theory

Cours de modélisation et d'analyse des systèmes linéaires (SYST0002 ou équivalent). 

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Cette année académique, le cours se donner en ligne uniquement. Il sera composé de vidéos théoriques avec exemples pratiques, ainsi que de séances de questions/réponses (virtuelles, et présentielles si nécessaire). 
Les informations détaillées sont disponibles sur la page du cours: 
http://sites.google.com/site/gdrion25/teaching/syst0003

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

A distance (vidéos pré-enregistrées). 

Adaptations organisationnelles liées au contexte sanitaire

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Le cours suit le livre de référence 'Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers', Karl J. Åström and Richard M. Murray.
http://www.cds.caltech.edu/~murray/amwiki/index.php/Main_Page
Les slides, notes Ipas et vidéos seront disponibles sur le site du cours. 

Modalités d'évaluation et critères

2 devoirs personnels et un examen écrit. 

Stage(s)

Remarques organisationnelles

Les informations détaillées concernant l'organisation du cours se trouvent sur la page
http://sites.google.com/site/gdrion25/teaching/syst0003

Theory

Les informations détaillées concernant l'organisation du cours se trouvent sur la page
http://sites.google.com/site/gdrion25/teaching/syst0003

Contacts

G. Drion (gdrion@ulg.ac.be, Bat. B28, bureau I140).

Theory

G. Drion (gdrion@ulg.ac.be, Bat. B28, bureau I140).