OPTION ENERGIE

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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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