Parcours Electronique, énergie électrique, automatique 2e et 3e année

Théorie des circuits.

Montage à amplificateur opérationnel (fonctionnement en amplificateur, comparateur ou trigger).

Circuits du 1er ordre (réponse indicielle, régime sinusoïdal permanent).

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Conversion statique d’énergie électrique :

• Conversion DC/DC : hacheur, notion d’alimentation à découpage,
• Conversion DC/AC : onduleur de tension, MLI,

Moteurs à courant alternatif

• Notion de champ tournant,
• Alternateur, moteur synchrone
• Moteur asynchrone

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Cette UE reprend les bases d'algèbre linéaire avant d'explorer les méthodes de représentation de nuage de points par des fonctions continues.

Le programme est le suivant :

1] Algèbre Linéaire

- Espaces vectoriels sur R : structure d’un espace vectoriel et exemples ; sous-espaces vectoriels ; famille de vecteurs et

combinaison linéaire ; familles libre et génératrice ; base et dimension)

- Calcul vectoriel (applications linéaires ; produit scalaire et orthogonalité ; norme ; base orthonormale et projection)

- Calcul matriciel (matrices et espace vectoriel ; produit matriciel ; transposée ; matrices particulières - carrées, triangulaires,

diagonales, symétriques)

- Matrices et applications linéaires (matrice associée à une application linéaire)

- Matrices et systèmes linéaires (écriture matricielle d’un système linéaire ; déterminant ; nature des solutions d’un système

linéaire ; inversibilité - et matrice inverse ; méthode du pivot de Gauss)

2] Méthode des moindres carrés

- Motivation & introduction

- Régression linéaire

- Méthode des moindres carrés généralisée (système des équation normales)

3] Interpolation polynomiale

- Motivations et exemples

- Interpolation de Lagrange

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Physique pour l'ingénieur
Thermodynamique (1/3) :
Gaz parfait, transformations thermodynamiques, premier et second principes de la thermodynamique. Machines
thermiques (moteur, refrigerateur ...)
Vibration et Ondes (1/3) :
- oscillateurs libres avec et sans amortissement; oscillateurs forcés; Oscillateurs couplés
- Ondes mécanique; loi de propagation; composition d'ondes (ondes stationnaires)
Electromagnétisme (1/3) :
- Champ électrique, théorême de Gauss, Potentiel électrique, conducteurs
- Champ magnétique (Biot et Savart), théorême d'Ampère, Force de Laplace
- Ondes électromagnétiques : Ondes planes, polarisation

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Logique combinatoire :

• Algèbre de Boole et simplification à l'aide de tableaux de Karnaugh.
• Obtention d'un logigramme à partir d'un cahier des charges.
• Système de numération (bianire non-signés et signés, représentation hexadécimale, conversion entre bases, ...).
• Manipulation de composants discret.

Logique séquentielle :

• Introduction et études des différents bascules.
• Application des bascules : création de registres et de compteur asynchrone et synchrone).
• Étude et utilisation pratique de compteurs intégrés.

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Diodes.

Transistors bipolaires et MOSFET (fonctionnement en statique, en dynamique ou en commutation).

Systèmes du 2nd ordre (réponse indicielle, réponse harmonique).

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Introduction aux systèmes à microcontroleurs.

Etudes des périphériques standard d'un microcontroleur (E/S, Timer, ADC, Liaison série, …).

Etude de la structure interne d'un processeur et introduction aux interruptions.

Programmation en C d'un PIC16F887.

Attention, il ne s'agit pas d'un cours de langage C qui est uniquement un outils dans cette UE.

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Cette UE se situe dans le prolongement de MAT306 et permet un renforcement des connaissances en algèbre linéaire, suivi d’applications étudiées plus en détails en TP (programmation avec Jupyter Notebook en Python).

Le programme est le suivant :

1] Systèmes linéaires

- Image et noyau d’une matrice ; théorème du rang ; solutions d’un système (cas général et particuliers - carré, compatible,

homogène)

2] Valeurs propres, vecteurs propres et diagonalisation

- Eléments propres ; polynôme caractéristique ; sous-espace propre ; ordres de multiplicité d’une valeur propre ; diagonalisation (conditions : cas général et matrice symétrique réelle) ; matrice orthogonale ; décomposition en valeurs singulières (SVD)

- Applications en TP de la SVD : conditionnement d’une matrice ; compression d’image

3] Equations différentielles (EDO) et systèmes d’EDO

- Classification (ordre, linéarité) ; système d’EDO d’ordre 1 ; lien entre EDO et système ; problème de Cauchy ; états d’équilibre ; plan de phase et champ de vecteurs ;

- Applications en TP

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Présentation et généralités sur les système automatisés :

• Constitution et fonctionnement des automates programmables industriels.
• Présentation des actionneurs et pré-actionneurs (donc pneumatique).
• Compréhension du câblage des coupleurs d'entrées et de sorties.

Programmation automates :

• Langages : ladder, Grafcet.
• Structuration avec l'outil GEMMA.
• Utilisation pratique d'automate Schneider (logiciel Unity Pro).

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Programme :

- Architecture des composants en logique cablée (principalement FPGA)

- Langage VHDL pour la synthèse et la simulation

- Machines à états, structures et applications

Mise en œuvre :

- Travaux pratiques : Développement et analyse de quelques structures élémentaires en VHDL, validation en simulation et implémentation sur FPGA

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Objectifs :

- Mettre en oeuvre dans le cadre d'un projet long (36h de TP) les notions abordées dans les modules de systèmes

d'information numérique (SIN301 et SIN401)

- Apprendre à maitriser les outils de présentation d'un projet (rapport et présentation orale).

Exemples de projets :

- UselessBox : conception de l’électronique numérique de commande d'un système mécanique simple et implémentation sur

un FPGA.

- Montre numérique : conception de l’électronique numérique de commande d'un système reproduisant toutes les fonctions

d'une montre digitale et implémentation sur un FPGA.

- Robotique :conception de l’électronique analogique (fabrication de cartes) et de l’électronique numérique de commande

(FPGA) d'un robot dans le but de participer à la ligue IUT du Challenge Robotique de l'UGA, ou à la coupe de France de

robotique.

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Cette UE introduit :

• Les opérateurs différentiels (gradient, divergence, rotationnel & Laplacien) et des exemples de leur application aux champs électriques, ainsi que les séries de Fourier et la transformée de Fourier, et des exemples de leur application au traitement des signaux.
• Les méthodes de résolution des équations différentielles pour les ED linéaires d’ordre 1 & 2, les systèmes d’équations couplées, les équations aux dérivées partielles, et les équations aux différentielles totales (quelques exemples d’ED non-linéaires sont aussi étudiés). La résolution de ces ED fait appel au calcul de primitives, à la transformée de Laplace, ainsi qu’à la diagonalisation de matrices. L’application de ces méthodes à l’étude des circuits RLC est décrite en détail. Quelques méthodes de résolution numérique sont abordées.

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Ce cours se décompose en 3 parties :

Electrostatique :
On décrit dans cette partie les grandeurs de base associées aux distributions de charges statiques. Le plan de cette partie est :
1. Force de Coulomb et Champ électrique (Règles de symétrie, propriétés de continuité, Flux du champ électrique (tube de champ, théorème de Gauss)
2. Propriétés énergétiques (Travail de la force électrique, Energie potentielle et fonction potentiel, Energie d’une distribution de charges.
3. Conducteurs électriques (Blindages, Champ à la surface et Pression Electrostatique, Capacités et coefficients d’influences : application aux condensateurs)

Magnétostatique :
Cette partie du module concerne la magnétostatique, c’est-à-dire l’étude des champs magnétiques produit par des circulations de courant (stationnaire) ou des aimantations permanentes. Après présentation des propriétés de symétrie du champ magnétostatique, les lois (Biot et Savart, théorème d’Ampère) permettant de le calculer sont présentées et appliquées dans certains cas simples permettant des calculs analytiques. Les matériaux magnétiques sont traités ainsi que les notions de circuits magnétiques, de F.E.M, d’énergie magnétique et de forces d’origine magnétique.

Propagation des ondes :
L’objectif de cette partie est de décrire et comprendre la propagation des ondes et plus particulièrement la propagation des ondes électromagnétiques. On étudie la propagation dans différents milieux : vide, plasma, diélectrique, métal. Le plan de cette partie est :
1. Ondes progressives
2. Ondes électromagnétiques
3. Propagation dans un milieu neutre
4. Réflexion d’une onde électromagnétique

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Connaissances générales sur les composants analogiques : Notions sur le transport des charges dans les semi-conducteurs et la jonction pn. Modèles électriques non-linéaires des composants (Diodes, Transistors bipolaires, Transistors à effet de champ, Amplificateurs opérationnels) et applications (redressement, commutation, multiplication, comparaison de signaux). Schémas équivalents en régime linéaire et applications (montages fondamentaux d'amplification).  Effets capacitifs et circuits du 1er ordre associés. Deux demi-journées de TP consolideront 8 séances de cours et 8 séances de travaux dirigés.

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Les réseaux d'énergie électrique monophasé et triphasé : après une présentation du système de production d'énergie électrique (mix énergétique, contenu CO2, ...), une attention particulière est portée sur les notions de puissances électriques (active, réactive, déformante) et sur leur impact sur le fonctionnement des réseaux électriques. Enfin les transformateurs sont étudiés.

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Cette UE a pour objectif de présenter les principales structures d’électronique de puissance et/ou les plus pédagogiques (hacheurs, alimentations DC/DC isolées, redresseurs monophasés, onduleurs monophasés et gradateurs).

L’objectif est que chaque étudiant soit capable d’analyser le fonctionnement d’une structure de convertisseur :

• Déduire le fonctionnement à partir de la loi de commande (être capable de déterminer les formes d’ondes)
• Déduire la relation liant l’entrée et la sortie d’un convertisseur statique
• Effectuer les premiers dimensionnements de semiconducteur et des éléments de filtrage

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Cette UE permet de revoir et d’approfondir les notions d’informatique embarquée. Le cours/TD est basé sur l’étude de l’architecture des microcontrôleurs, puis l’accent est donné sur la cible utilisée en TP (microcontrôleur STM32) basée sur un cœur ARM CortexM4. Les TP (32h) permettent d’aborder la programmation de cette cible et de se familiariser avec les périphériques de base de ce microcontrôleur (GPIO, CAN, Timer), en utilisant dans un premier temps un langage bas-niveau assembleur, puis dans un second temps un langage haut-niveau C. De nombreuses applications de travaux pratiques sont réalisée sur un robot mobile.

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Ce cours a pour but de permettre à son lecteur d'analyser le comportement d'un système et de mettre au point des remèdes s'il fait défaut. Au terme de cet enseignement, on doit pouvoir synthétiser un correcteur de type classique pour un système linéaire, invariant, continu et monovariable, même si au départ on n'avait jamais pratiqué l'Automatique.

Le cours est articulé autour de plusieurs chapitres formant une progression normale puisque nous présentons, petit à petit, tous les outils de l'Automaticien : outils mathématiques et d'analyse propres à l'Automatique et enfin outils de synthèse que sont les correcteurs. En pratiquant, vous allez réaliser que l'Automatique continue et monovariable, traité dans ce cours, ne présente qu'une toute petite portion de la théorie de l'Automatique. La plupart des systèmes modernes, devenant de plus en plus complexes et ayant à répondre à des exigences de plus en plus pointues, nécessitent en conséquence des méthodes de réglage de plus en plus spécifiques. Il faut souvent en passer par l'Automatique échantillonnée (systèmes numériques) et/ou multivariable. Cependant, on ne peut attaquer ces domaines sans auparavant maîtriser correctement l'Automatique continue et monovariable. En effet, la plupart des méthodes plus avancées en découlent ou sont des extensions. 

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Notions abordés :

• Éléments sur l'architecture des réseaux : topologie, modèle OSI, media de transport (câbles, fibre optique.)
• Couches basses des réseaux : Ethernet et les normes 802.3
• IP et son environnement : adressage, plans d'adressage. Routage
• Interaction couche 2 et couche 3 : ARP TCP : machine d’état. Traduction d'adresse.

Travaux pratiques :

• IP : configuration et services en environnement Linux
• Adressage, routage, NAT : Services : DHCP, telnet, SSH, FTP, Web : Configuration et usages.

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À partir d'un scenario fourni, les étudiants doivent dimensionner un vélo électrique solaire. Du panneau solaire au moteur d’entraînement en passant par le stockage d'énergie, chaque groupe d'étudiants doit choisir une technologie et déterminer les capacités de chaque composant. Ils doivent aussi étudier le contrôle des flux d'énergie à l'aide de convertisseurs statiques d'énergie électrique (électronique de puissance) : choisir les convertisseurs (nature de conversion, réversibilité, ...)

Lors des séances, les étudiants utilisent les outils informatiques de calcul numérique (Matlab, Python) ou de simulation électrique (PSIM) pour étudier le comportement complexe d’un vélo solaire.

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Cette UE met en place ou consolide les notions de base d’acquisition et de traitement du signal pour des signaux analogiques, à temps continu.

Seront vus :

• La stabilité des systèmes (inclut les oscillateurs) ;
• Les transformées de Fourier, de Laplace et en z ;
• Le filtrage analogique à composants discrets et à capacités commutées.

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Cette UE met en place ou consolide les notions de base d’acquisition et de traitement du signal pour des signaux à temps discret. Seront vus : les transformées de Fourier (à temps discret et discrètes), de Laplace et en z ; les outils informatiques de filtrage numérique ; les filtres à capacités commutées, ainsi que les convertisseurs numérique/analogique et analogique/numérique. 
Quatre demi-journées de TP consolideront 4 séances de cours magistraux et 4 séances de travaux dirigés. 

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Cette UE, dans le prolongement de l’UE informatique embarquée du semestre 5, permet d’approfondir l’étude d’un microcontrôleur basé sur un cœur Cortex-M4. Le Cours/TD et les TP (24h) permettent d’étudier le fonctionnement du microcontrôleur sur interruptions et d’aborder les modes plus avancés de certains périphériques (CAN, DMA, Timers, I2C). De nombreuses applications de travaux pratiques sont réalisée sur un robot mobile.

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Prérequis : Avoir déjà fait de la programmation. Un parallèle et un positionnement vis à vis du langage C/C++ est souvent fait. Par conséquent la connaissance du langage C est un plus.

Objectif de cet enseignement :

• Rappel des bases de la programmation fonctionnelle ;
• Prendre en main les concepts de base de la programmation orienté objet ;
• Apprendre à écrire de petits programmes Java dans un environnement de type projet.

Les différentes notions abordées : types natifs, opérateurs, méthodes statiques, tableaux, base de la programmation orienté objet (Classes, champs, méthodes, instanciation), héritage et multi-héritage, javadoc, mécanismes d'exception, processus multitâches, quelques utilisations des bibliothèques fournie en standard.

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En 7 séances, cette UE optionnelle vise à offrir un panorama sur les concepts et les outils liés au logiciel libre. Après un séminaire visant à sensibiliser aux enjeux sociétaux du libre, les étudiants seront initiés aux outils libres les plus pertinents pour le métier d’ingénieur ou de chercheur : LaTeX (rédaction, publication) ; Python, Git (développement, bonnes pratiques) ; Numpy, Jupyter (calcul, recherche), etc. Suivra ensuite une sensibilisation à la sécurité informatique (cryptographie, menaces, bonnes pratiques, …). L’ensemble sera évalué par un projet majeur de programmation ainsi que deux travaux de réflexion et de composition LaTeX.

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L'OBJECTIF de ce module est d’apporter aux étudiants l’essentiel des comportements et techniques essentielles du management de projet.  

LE BENEFICE pour le futur diplômé est de mieux appréhender et intégrer le monde de l’entreprise ou celui de la recherche grâce à des apports de connaissances et une pratique encadrée du mode projet.

LE FIL CONDUCTEUR est la réalisation d’un projet, où la responsabilité de chaque participant est engagée à travers un travail par groupe de 3 à 6. 

LES COMPETENCES travaillées couvrent, en plus des fondamentaux contenu – coût – temps, la gestion de la qualité, des achats, des risques, et de la communication. 

LE DEROULEMENT se fait par demi-journée, sur 7 jours (28h) et sur une période inférieure à 3 mois.

LE PROCEDE PEDAGOGIQUE est l'apprentissage par projet, avec une alternance d'apports théoriques ciblés, et d’études de cas et témoignages. 

LA VALIDATION du travail accompli se fait par groupe, à travers la présentation du projet devant un jury et individuellement à travers un contrôle continu sous forme de QCM. 

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Cette UE optionnelle vise à mettre en application les compétences acquises tout au long de la formation dans le cadre d’un projet transdisciplinaire autour de la robotique. En fonction du projet choisi, cette UE pourra être l’occasion d’aborder des thématiques diverses telles que :

• la conception et réalisation de carte électronique
• la conception et réalisation de systèmes mécatroniques
• le développement et la validation de programmes sur cible embarquée
• l’étude et utilisation de capteurs variés
• la réalisation d’asservissements divers
• la découverte du traitement d’image
• …

Le tout mis en pratique dans le cadre de la robotique mobile. L’un des objectifs pourra être la réalisation d’un robot pour participer à la coupe de France de robotique.

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L’objectif de ce cours est de présenter les composants radiofréquences qui constituent un système de communication sans fils entre 1MHz et 10GHz ainsi que l’instrumentation et les techniques de mesure associées. Cette unité d’enseignement est composée d’une partie théorique est de travaux pratiques permettant de maitriser les composants radiofréquences (lignes de transmission, amplificateurs, antennes…) et les techniques de mesures.

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