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CURSUS INGENIEUR SUPELEC PROGRAMME DE L'ENSEIGNEMENT Mineures de troisième anné

CURSUS INGENIEUR SUPELEC PROGRAMME DE L'ENSEIGNEMENT Mineures de troisième année (Campus de Gif) édition de juillet 2015 3 SOMMAIRE MINEURES DU DOMAINE « AUTOMATIQUE » 5 MINEURES DU DOMAINE « ÉNERGIE » 25 MINEURES DU DOMAINE « INFORMATIQUE » 35 MINEURES DU DOMAINE « TÉLÉCOMMUNICATIONS » 49 MINEURES DU DOMAINE «TRAITEMENT DE SIGNAL ET ÉLECTRONIQUE» 67 MINEURES DU DOMAINE « MÉTIERS » 81 5 MINEURES DU DOMAINE « AUTOMATIQUE » 6 AÉRONAUTIQUE ET SPATIAL Le contrôle des avions, des hélicoptères, des lanceurs, des satellites ou des missiles est un domaine d'application privilégié des méthodes de l'automatique. Ce cours propose un panorama des principales applications aux systèmes aéronautiques et spatiaux, chacune présentée par un spécialiste d'une entreprise leader dans son domaine. OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE À l’issue de ce module, les élèves seront capables : • de séparer les problématiques liées au pilotage, au guidage et à la navigation des engins aéronautiques et spatiaux, • d'avoir une vision d’ensemble de leur traduction en termes d’Automatique et des méthodes utilisées pour les aborder. PROGRAMME Prérequis Cours de Signaux et Systèmes 1 et 2 de première année, cours d'Automatique et de Commande des Entrainements à Vitesse variable de deuxième année Notions générales d'aérodynamique et de mécanique du vol Atmosphère, forces et moments aérodynamiques. Ailes et dispositifs de pilotage. Stabilité. Vol stabilisé en palier et en manœuvre. Equations du mouvement. Particularités de différents types d'aéronefs. Pilotage des avions civils Introduction à la philosophie de pilotage AIRBUS. Description du cahier des charges multi‐objectifs. Modélisation de la boucle fermée de pilotage. Synthèse de lois de pilotage avion rigide par une approche modale. Synthèse de lois de pilotage avion flexible. Axes de recherche. Pilotage des missiles tactiques Configurations aérodynamiques, actionneurs et modes de pilotage. Cahier des charges et structure des chaines de pilotage. Lois de pilotage, méthodes de synthèse et d'analyse, principaux compromis. Axes de recherche. Pilotage des hélicoptères Caractéristiques de l'hélicoptère, contraintes des systèmes de conduite du vol, constitution des systèmes de conduite du vol. Processus de définition des lois de commande, mise au point et validation, performances. Pilotage des lanceurs Problématique du pilotage d'Ariane 5. Caractéristiques du lanceur, cahier des charges du pilotage (instabilité, tenue des structures, phénomène de flexion, robustesse). Pilotage par commande LQG puis par commande H‐ infini : modélisation, critère de commande, validation, implémentation et comparaison des deux méthodes. Systèmes de commande d'attitude et d'orbite des satellites Cahier des charges d'automatique pour applications spatiales. Formulation mathématique des critères : besoin de performance en suivi de cible, rejet des perturbations, robustesse aux dynamiques non modélisées (sur des exemples de satellite d'observation, rendez‐vous spatial, manœuvres orbitales). Application aux structures flexibles : formulation classique, résolution Hinfini. Numérisation, complexité et sensibilité à la troncature numérique des correcteurs embarqués. Guidage des missiles tactiques Spécifications système. Modes de guidage. Approfondissement de la navigation proportionnelle ; distance de passage et paramètres influents : durée d'autoguidage, distance à rattraper, bruits, manœuvres cible, manœuvrabilité et constante de temps missile ; lien avec la commande optimale. Asservissement autodirecteur et découplage de la ligne de visée. PROFESSEURS Antoine CARAYON Emmanuel CORTET Benoit FRAPARD Jacky GROSSET Jean‐Philippe HARCAUT Gauthier JOURDAIN Sophie MAUFFREY Didier PAGAN Sylvain ROUDOT Ilker YALCIN Gif ‐ en français MÉTHODES PÉDAGOGIQUES 24 h cours MODALITÉS D'ÉVALUATION Recherche bibliographique et synthèse d’un sujet défini par un des professeurs. ECTS 2 crédits ECTS RÉFÉRENCE DU MODULE AS‐10 BIBLIOGRAPHIE Bryson, A.E., "Control of Spacecraft and Aircraft", Princeton University Press, 1994. Prouty, R.W., "Helicopter Aerodynamics", Phillips Pub Co, 1985. Roskam, J., et Lan, C.T., "Airplane Aerodynamics and Performance", Ed. Darcorporation, 1997. Wertz, J., "Spacecraft Attitude Determination and Control", Ed. D. Reidel Publishing Co., 1978. Zarchan, P., "Tactical and Strategic Missile Guidance", Ed. AIAA, Progress in Astronautics and Aeronautics Series, 2007. 7 Guidage et optimisation de trajectoires des lanceurs Notions de commande optimale. Méthodes numériques et pratiques d'optimisation de trajectoires. Traitement analytique complet d'un cas simplifié, mais représentatif d'une trajectoire lanceur. Simplifications faites pour passer en temps réel (guidage). Systèmes de navigation Introduction aux techniques de navigation basées sur le filtrage de Kalman et l'hybridation de plusieurs senseurs de navigation (équipements inertiels, équipements de radionavigation par satellites…). Introduction aux techniques inertielles et aux technologies employées (performances caractéristiques, avantages ‐ inconvénients des différentes technologies…). Notions de radionavigation par satellites (GPS, Glonass, Galileo…) : définitions, caractéristiques et performances des équipements… 8 ANALYSE ET COMMANDE DES SYSTÈMES NON LINÉAIRES DYNAMIQUES Ce cours a pour finalité les développements d'approches méthodologiques pour la conception de modules de commande destinés à des applications pratiques pour lesquelles la prise en compte de l'influence des non‐linéarités intrinsèques contribuent à augmenter les performances de manière significative. Les concepts de base et fondamentaux nécessaires y sont développés. Les différentes techniques de commande, des plus couramment utilisées d'un point de vue théorique et qui serviraient très certainement de nombreux problèmes industriels, y sont présentées sous un angle adéquat pour un ingénieur. De nombreux exemples académiques sont fournis pour faciliter la compréhension de ce cours, appuyés par des travaux dirigés et des bureaux d'études portant sur des cas concrets. OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE À l’issue de ce module, les élèves seront capables de mettre en œuvre les approches principales qui peuvent être utilisées pour l’analyse et la commande d’un système non linéaire dynamique. PROGRAMME Prérequis Cours d'Automatique de deuxième année. Programme Stabilité Méthodes de Lyapunov : Points d'équilibre, différents concepts de stabilité, méthodes directe et indirecte de Lyapunov, principe d'invariance de Lasalle. Théorie de la variété centrale : Variété centrale, principe de réduction, conditions de stabilité. Commandabilité et observabilité Outils mathématiques. Différentes formes de représentation d'état des systèmes non linéaires. Contrôlabilité, observabilité. Commande par linéarisation Feedback statique et dynamique : Linéarisation entrée‐sortie des systèmes SISO, linéarisation entrée‐état, dynamiques des zéros, systèmes à non‐ minimum de phase, commande non interactive des systèmes MIMO, feedback dynamique. Poursuite asymptotique : Dynamique de l'erreur de poursuite, feedback statique et dynamique Platitude : Platitude, planification de trajectoires, platitude et poursuite de trajectoires. Commande par modes glissants Modes glissants : Principe physiques, surface de glissement, poursuite de trajectoires, commande équivalente. Modes glissants intégral : Régulation par contrôle intégral. Commande par la méthode de Backstepping Fonction de Lyapunov réduite, fonction de Lyapunov complète, commande par backstepping. Introduction à la passivité : Fonction de stockage, commande par passivité. Introduction aux observateurs d'état Applications TD 1 : Etude de stabilité du système de Lorenz, satellite en rotation commandé. Etude de la commandabilité et observabilité d'un module lunaire. TD 2 : Commande par feedback dynamique d'un chariot tracteur. TD 3 : Commande par poursuite asymptotique d'une éolienne à vitesse variable. BE 1 : Commande non‐linéaire d'une suspension magnétique ; simulations PROFESSEURS Houria SIGUERDIDJANE Gif ‐ en français MÉTHODES PÉDAGOGIQUES 12 h cours/12 h TD/12 h BE MODALITÉS D'ÉVALUATION Examen oral ECTS 2 crédits ECTS RÉFÉRENCE DU MODULE AS‐4 BIBLIOGRAPHIE Isidori, A., "Nonlinear Control Systems", Springer Verlag, 3rd Edition, 1995. Nijmeijer, H., and van der Schaft, A., "Nonlinear Dynamical Control Systems", Springer Verlag, 1990. Khalil, H., "Nonlinear Systems", Macmillan, 1992. 9 sous Matlab/Simulink. BE 2 : Commande non linéaire d'une suspension magnétique ; implémentation sur maquette expérimentale. 10 AUTOMOBILE ET AUTOMATIQUE Les applications de l'automatique au domaine des transports et tout particulièrement celui de l'automobile deviennent chaque jour plus variées et sont d'une grande importance non seulement pour les performances du véhicule lui‐même mais également pour l'infrastructure associée. Ce module a pour objectifs de détailler dans un premier temps les mises en oeuvre de l'automatique en termes de modélisation, identification et stratégie de commande dans le cadre de la fonctionnalité dans le véhicule automobile, plus spécifiquement au niveau de la propulsion et du contrôle de châssis. Une deuxième partie se focalise plus spécifiquement sur la problématique du véhicule intelligent, en termes de sécurité et d'interaction avec son environnement. OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE À l’issue de ce module, les élèves sont capables : • de structurer les diverses fonctionnalités d’un véhicule au sens de l’automaticien, • de modéliser les comportements dynamiques d’un véhicule, • d’analyser certains systèmes conçus pour la sécurité et associés au contrôle de châssis et/ou à l’environnement. PROGRAMME Prérequis Cours d'Automatique de deuxième année. Automatique et fonctionnalité dans le véhicule automobile Présentation générale Propulsion Présentation de l'architecture système (processus, régulations locales des grandeurs pertinentes, actionneurs, capteurs, commande en couple) conduisant à la production d'un couple moteur dans le cas d'une motorisation thermique : système d'air, allumage, injection, spécificités moteur essence / moteur Diesel ; d'une motorisation hybride ; d'une motorisation fondée sur une pile à combustible. Architecture de commande d'une boite de vitesse Contrôle de châssis Modélisation de la transmission du couple aux roues : notions de dynamique longitudinale et latérale du véhicule. Systèmes pilotés associés au contrôle de châssis : ABS : actionneurs, capteurs, loi de pilotage ; ESP : actionneurs, capteurs, loi de pilotage ; Direction assistée : actionneurs, capteurs, loi de pilotage. TD 1 : Aspects liés à la mise œuvre. Véhicule intelligent et environnement Prise en compte de l'environnement pour la sécurité Comportement longitudinal : Cruise Control, Régulation inter‐distance. Comportement latéral : Systèmes d'évitement de sortie de route, de maintien de voie. TD 2 : Aspects liés à la uploads/Sante/ gif-3a-programme-mineures.pdf