OPTION AU CHOIX

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Présentation d'un asservissement de vitesse échantillonné : schéma-blocs, fonctions mises en oeuvre dans une commande numérique.

Influence de la période d'échantillonnage : influence de la période d'échantillonnage sur la stabilité, effet déstabilisant de l'Echantillonnage/Blocage.

Etude de l'asservissement par l'approximation à un système continu : définition du système continu équivalent, méthodes d’étude des asservissements échantillonnés, synthèse du correcteur en p, discrétisation de correcteur continu.

Transformée en z : définition et propriétés, fonctions de transfert discrètes, pôles réels-pôles complexes.

Etude temporelle des systèmes asservis échantillonnés : étude statique : précision, étude dynamique : stabilité, réponses temporelles.

Synthèse de correcteurs échantillonnés, Réglage expérimental de correcteurs échantillonnés

Critères de choix de la période d'échantillonnage : critère de Shannon, pôles réels, Pôles complexes, déphasage dû à l'échantillonnage/blocage, temps de traitement sur calculateur, problème de la dérivation, influence du bruit, codage des nombres sur microprocesseur.

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- Rappel sur les systèmes linéaires et le formalisme d'équations d'états, définition d'un système non linéaire, non linéarités particulières et combinaison de non linéarités

- Méthodes de résolution de systèmes non linéaires : linéarisation autour d'un point de fonctionnement, méthode du premier harmonique, méthode du plan de phase

- Exemples d'illustration : asservissement de position en présence d'une non linéarité, modèle prédateur-proie, pendule simple (avec et sans frottements), régulation de niveau

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Le cours propose la description de l’organisation d’un système d’exploitation, la notion de processus / tâche, l’ordonnancement de tâche avec un focus sur l’exécution de tâches temps réel, la programmation multithreads avec partage de données et synchronisation par moniteurs. Ce cours s’accompagne d’exemples et de la pratique de ces concepts sur Unix-Linux et OSEK-TrampolineOS dans le cadre de bureaux d’études. Trois bureaux d’étude proposent aux étudiants de découvrir (1) le Shell et les commandes de base d’Unix/Linux, (3) la mise en œuvre des applications multithreads avec l’utilisation de mécanisme de synchronisation par moniteurs et la programmation d’une application temps réel de contrôle d’un pendule inversé sur un robot Lego Mindstorm utilisant OSEK-TrampolineOS.

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Utiliser des architectures de commande basées sur des correcteurs linéaires d'ordre faible de type P, PI ou PID permet de réaliser la commande d'une certaine classe de systèmes avec de très bonnes performances mais comment faire si le système en boucle ouverte est déjà d'ordre 4,5,..10,..,100,.. comme le sont une grande majorité des systèmes autour de nous et dans l'industrie (systèmes électriques comme des convertisseurs, des actionneurs électriques ou des réseaux; mais aussi des systèmes de production d'énergies renouvelables, des véhicules, des robots, des chaînes de productions, des systèmes de chauffages, des systèmes économiques,..). Les correcteurs précédemment évoqués ont une action efficace sur plage de fréquence déterminée mais ont une efficacité limitée quand il s'agit de maîtriser le comportement dynamique d'un système d'ordre important, qui plus est, quand ses pôles sont éparpillés dans le spectre fréquentiel. Ce que propose ce cours est l'introduction d'un formalisme de modélisation dit "dans l'espace d'état" qui permet l'analyse et la synthèse de lois de commandes appropriées pour de tels systèmes, quel que soit leur ordre, que nous côtoyons au quotidien.

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Cet enseignement est une introduction aux dispositifs électroniques de puissance pour le contrôle de la puissance réactive dans les réseaux de transport d'énergie électrique. Les principes des compensations parallèle et série sont abordés. La méthode de dimensionnement d’un compensateur à base de réactances contrôlées par thyristors est présentée. Un exemple est traité sous la forme d’un bureau d'étude.

- Savoir dimensionner un dispositif de compensation de puissance réactive pour une ligne de transport d'énergie électrique.  

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• Cet enseignement présente les aspects technico-économiques du photovoltaïque et de l’éolien.
• Photovoltaïque : de la cellule photovoltaïque au système, rayonnement solaire, conversion photovoltaïque, panneaux photovoltaïques, centrales de production, coût, impact environnemental.
• Eolien : Caractérisation de la ressource éolienne (le vent), effets d’altitude et de sillage, éléments théoriques (limite de Betz) sur le productible éolien et sur l’efficacité énergétique des aérogénérateurs ;  du contrôle mécanique par réglage des pâles aux zones de fonctionnement du démarrage à l’arrêt en sécurité.
• Constitution des aérogénérateurs électriques : nacelles avec et sans multiplicateur de vitesse.

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Cet enseignement présente tout d'abord les principes de base de la commande en modulation de largeur d'impulsion des onduleurs de tension monophasés ou triphasés. Les différentes formes d'ondes sont analysées afin de déterminer les éléments de filtrage des tensions et des courants. Des exemples sont traités sous la forme d’un bureau d'étude et d’un projet.

Savoir dimensionner les éléments de filtrage associés à un onduleur de tension monophasé ou triphasé commandé en modulation de largeur d'impulsion.

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Cette formation comporte 3 parties distinctes : 1- découverte des transistors de puissance silicium et grand-gap (GaN et SiC). 2- Analyse de la commutation et maîtrise des perturbations générées (surtensions, surcourants, cross-conduction, courants de mode commun), 3- Mise en œuvre en pratique des isolations et réglage des paramètres.

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Ce module aborde les aspects thermiques essentiels à la conception et à la fiabilité des dispositifs d’électronique de puissance utilisés dans les convertisseurs, onduleurs ou alimentations de forte puissance.
Le cours porte sur les mécanismes de génération de chaleur, la modélisation thermique (réseaux RC, résistances d'interface) et les outils d'analyse proposés par les fabricants.

Il aborde également le choix des solutions de refroidissement et leur intégration dans une architecture, en accordant une attention particulière aux contraintes de performance, de compacité et de durée de vie.

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Ce cours permet aux étudiants de mobiliser les compétences acquises en automatique et en modélisation des machines électriques pour concevoir des variateurs de vitesse destinés aux machines électriques alimentées par onduleurs.

Pour atteindre cet objectif, le premier chapitre présente le principe de la commande d’une machine à courant continu, qui constitue la base de la commande des machines électriques triphasées. Un rappel des différents modèles des machines synchrones et asynchrones est effectué, en précisant les limitations de leur utilisation pour la synthèse de lois de commande.

Ensuite, à l’aide de la transformée de Park, des modèles dédiés à la commande des machines synchrones et asynchrones sont présentés, en détaillant les particularités de chaque type de machines. Ces modèles servent de base pour la conception de la commande dans les variateurs de vitesse pour les différentes machines. Les méthodes de synthèse des boucles de régulation (couple électromagnétique, vitesse, position) sont exposées, en discutant les limitations imposées par la machine (limitation en courant) et par l’onduleur (tension limitée). Des méthodes de modulation de largeur d’impulsion (MLI) pour la commande de l’onduleur par les régulateurs continus sont également présentées.

Enfin, la possibilité d’atteindre différents points de fonctionnement dans le plan couple-vitesse est abordée, en détaillant les stratégies de calcul des références pour les deux types de machines. Les problématiques spécifiques au pilotage en haute vitesse sont introduites.

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Le GOUPIL est un petit véhicule utilitaire électrique utilisé pour des applications industrielles, municipales ou logistiques. Sa simplicité mécanique et sa chaîne de propulsion 100 % électrique en font un excellent support pédagogique pour l’étude des systèmes électromécaniques et énergétiques.

Les étudiants baseront tout d'abord leur analyse sur l'étude du véhicule et sur l'acquisition de données fournies par l'OBD (on-board diagnostics). Ils seront ensuite chargés de la modélisation de l'ensemble des éléments constituants de la chaîne de propulsion, en se répartissant le travail en sous-groupe.

Ils devront ainsi mettre en pratique des compétences de communication et d'organisation pour aboutir à une comparaison de leur modèle avec le véhicule existant, d'analyser le modèle et proposer d'éventuelles solutions d'amélioration.

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Cette formation est composée de 4 cours distincts qui portent sur : Le montage émetteur commun cascodé, Le régulateur linéaire, Les amplificateurs classes A, B et AB, et Le transistor MOSFET silicium. Chaque thème est illustré par des simulations sous PSpice permettant d'acquérir les concepts vus en cours.

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Cette formation est composée de 4 cours distincts qui portent sur : VCO, PLL, Dispositifs à transfert de charges, logique TTL et CMOS au niveau transistor. Chaque thème est illustré par des simulations sous PSpice permettant d'acquérir les concepts vus en cours.

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Le projet consiste à concevoir, simuler, réaliser et tester un récepteur FM analogique intégrant les fonctions suivantes:

- Amplification sélective à fort gain

- Démodulation FM: utilisation d'une Boucle à verrouillage de phase (PLL)

- Filtrage du signal audio issu du démodulateur

- Amplification de puissance et connexion sur haut parleur

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Les étudiants verront dans ce cours les notions sur la propagation guidée (réflexion, transmission, ondes stationnaires). Ils prendront en main l'Abaque de Smith pour la résolution de circuits. Les techniques d'adaptation seront détaillées (en éléments discrets, inverseur quart d'onde, circuit simple stub). Les paramètres S seront introduits ainsi que l'Analyseur de réseau qui permet de le mesurer. Des exercices viendront illustrer le cours. Un Bureau d'Etude sur ADS permet également de comprendre et vérifier les techniques d'adaptation réalisées.

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I- Lois de l’électromagnétisme classique

I-1- Notion de champs électromagnétiques instantanés

I-2- Equations de Maxwell

I-3- Régime harmonique en électromagnétisme

II- Propagation électromagnétique en espace libre

            II-1- Champ électromagnétique en propagation libre

II-2- Vitesses de groupe et de phase en propagation libre

II-3- Application : interaction d’une onde plane avec une surface (métallique ou diélectrique)

III- Propagation électromagnétique guidée

            III-1- Champ électromagnétique en propagation guidée

            III-2- Notion de modes propagatifs et évanescents

III-3- Phénomène de dispersion en électromagnétisme

III-4- Vitesses de groupe et de phase en propagation guidée

III-5- Application : Calcul du mode fondamental dans un guide rectangulaire métallique creux

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Les étudiants seront familiarisés à la notion de propagation des ondes et au rayonnement électromagnétique. Ils verront les différentes caractéristiques des antennes (datasheet) et les différentes familles des antennes. La mise en réseau des antennes sera abordée. Les techniques de simulation et de mesure d'antennes seront détaillées.

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Ce cours offre une introduction à l’optoélectronique, en se concentrant sur les systèmes de communication par fibre optique. Les principaux thèmes abordés incluent :

·        Fondamentaux des fibres optiques : Types de fibres optiques, mécanismes d’atténuation, dispersion et limitations de bande passante.

·        Sources de lumière : Fonctionnement et caractéristiques des sources de lumière à jonction PN (DEL et diodes laser), y compris la modulation et l’efficacité.

·        Photodétecteurs : Principes des photodiodes (PIN, APD), responsivité et mécanismes de bruit.

·        Électronique d’amplification et de filtrage : Conception d’amplificateurs transimpédance (TIA), analyse du bruit et techniques de filtrage pour les récepteurs optiques.

·        Bruit en photodétection : Sources de bruit (bruit de grenaille, bruit thermique, courant d’obscurité) et stratégies pour minimiser leur impact sur les performances du système.

·        Considérations au niveau système : Intégration des composants dans des liaisons de communication par fibre optique, y compris les calculs de bilan de liaison et l’optimisation des performances.

Le cours combine des cours théoriques, des exercices pratiques et des séances de laboratoire pour renforcer les concepts et développer des compétences pratiques.

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- Cours :     Etudier le spectre hyperfréquence et applications : 

Filtres hyperfréquence à base de lignes de transmission : transformation de Richards, transformation de Kuroda, modèle à inverseur d'impédance, notion de périodicité et contrôle de la réponse hors bande

 Les multipôles :Diviseurs de puissance.

Coupleurs : hybride, T magique, coupleurs de proximité, montages cascade- Tandem, coupleur de Lange 

Conception de fonctions à base de coupleur : déphaseur, atténuateur, multiplexeur, mélangeur, montage équilibré       

              - TP :      Simulation non linéaire d'une chaine de conversion de fréquence (ADS). Conception d'un filtre passe-bande à stubs: de la synthèse à la simulation électromagnétique

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- Cours : Etudier les technologies hyperfréquences planaires : hybride, monolithiques (MMIC)  

Conception d'amplificateurs RF :Polarisation d'un transistor, classes d'amplification

Notions de linéarité : P1dB, IM3, IP3, OBO/IBO, rendement, PAE

Stabilisation d'un transistor : Cercle de stabilité, zone de stabilité, Coefficient de Rollet (K,B), méthodologie de stabilisation, MSG, MAG

Amplificateur optimisé en gain, Amplificateur à gain fixe, Amplificateur faible bruit

Conception en MMIC : du transistor à l'amplificateur intégré et l'extraction des caractéristiques de linéarité.

            - Projet d'une Conception d'une puce MMIC GaAs: Utilisation de bibliothèque de fonderie OMMIC - ED02AH. Conception d'un LLA répondant à des spécifications réelles d'équipement spatiaux (Thales Alenia Space)

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- Les fonctions analogiques seront réalisées à partir de montages à amplificateur opérationnel et transistors MOSFET en commutation, testées en simulation avant d'être implantées sur PCB.

- La partie numérique sera développée en langage VHDL sur une carte de développement FPGA

- Le choix de la fréquence d'échantillonnage et des composants devra être justifié.

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A travers cet enseignement, 3 parties sont couvertes:

(1) les fonctions fondamentales réalisées à l'aide de transistor MOS et bipolaire;

(2) le principe de la contre-réaction

(3) la méthode de compensation basée sur l'effet Miller d'un amplificateur.

(4) la conception d'un amplificateur CMOS (théorie, simulation)

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Ce cours aborde les principes et les défis liés à la conversion et au traitement des signaux dans une chaîne d’instrumentation. Les thèmes principaux incluent :

•              Conversions analogique-numérique (CAN) et numérique-analogique (CNA) : architectures (flash, SAR, sigma-delta, etc.), résolution, rapidité, et limitations.

•              Bruit et erreurs : bruit de quantification, rapport signal sur bruit (SNR), distorsion harmonique (THD), et repliement de spectre (aliasing).

•              Filtrage associé : conception de filtres antirepliement, filtres à capacités commutées, et filtres numériques (FIR, IIR).

•              Applications pratiques : étude de cas sur des chaînes d’acquisition (capteurs, conditionnement, CAN) et de génération de signaux (CNA, reconstruction, filtrage).

•              Outils et méthodes : utilisation de logiciels de simulation (PSpice, MATLAB) et d’instruments de mesure (oscilloscope, analyseur de spectre).

Le cours combine des cours théoriques, des travaux dirigés, et des séances de laboratoire pour appliquer les concepts à des problèmes concrets.

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- Les fonctions analogiques seront réalisées à partir de montages à amplificateur opérationnel et transistors MOSFET en commutation, testées en simulation avant d'être implantées sur PCB.

- La partie numérique sera développée en langage VHDL sur une carte de développement FPGA

- Le choix de la fréquence d'échantillonnage et des composants devra être justifié.

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