École Privée d’Ingénierie du Niger — L’école du nouveau monde

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L'école du nouveau monde · Plateforme e-Learning

Unité d’enseignement : GEEL · S4 · UE3 — Électronique & Commande

  • Commande des Machines Électriques

    La quasi-totalité des moteurs industriels modernes est pilotée par un variateur de vitesse : stations de pompage de la SEEN à Niamey, forages équipés de pompes immergées, convoyeurs de cimenterie, compresseurs, ventilateurs de climatisation, éoliennes à vitesse variable. Ce cours explique comment commander le couple et la vitesse des machines à courant alternatif : de la commande scalaire V/f, simple et robuste, jusqu’à la commande vectorielle par orientation du flux (FOC) et à la commande directe du couple (DTC), en passant par la commande des machines synchrones à aimants permanents (PMSM). Il se termine par la mise en œuvre pratique des variateurs industriels (paramétrage, communication, diagnostic).

    Objectifs d’apprentissage

    • Comprendre et implémenter la commande vectorielle (FOC) des machines AC.
    • Dimensionner et paramétrer un variateur de vitesse industriel.
    • Contrôler le couple et la vitesse d’une machine synchrone à aimants permanents.
    • Simuler et valider des stratégies de commande de machines sur MATLAB/Simulink.

    Prérequis

    Machines Électriques 2 (MAE3302) • Signaux & Systèmes Linéaires 1 (SSL2302) • Électronique de Puissance (ELP2202). Il faut maîtriser le schéma équivalent de la machine asynchrone, les fonctions de transfert du premier ordre, le correcteur PI et l’onduleur MLI triphasé.

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — Commande Scalaire (V/f)
    2. Leçon 2 — Commande Vectorielle par Orientation du Flux (FOC)
    3. Leçon 3 — Commande des Machines Synchrones (PMSM)
    4. Leçon 4 — Variateurs Industriels

    Travaux pratiques

    • TP1 : Simulation FOC d’un MAS sur MATLAB/Simulink (leçon 2).
    • TP2 : Paramétrage et mise en service d’un VFD Siemens G120 (leçon 4).
    • TP3 : Commande PMSM sur banc expérimental — courbes I, N, C (leçon 3).

    Modalités d’évaluation

    Volume horaire : CM 16 h, TD 8 h, TP 10 h, TPE 26 h (charge totale 60 h), 3 crédits. Évaluation CC + ET : contrôle continu 40 % (TD, comptes rendus de TP, quiz) et examen terminal 60 %. Nature : mixte (écrit et pratique).

    Bibliographie

    • B. K. Bose, Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice Hall.
    • P. Vas, Electrical Machines and Drives: A Space-Vector Theory Approach, Oxford University Press.
    • J.-P. Caron, J.-P. Hautier, Modélisation et commande de la machine asynchrone, Technip.
    • Documentation constructeur : manuels de mise en service SINAMICS G120 (Siemens) et ACS880 (ABB).

  • Électronique Numérique 2

    Le cours ELN4302 — Électronique Numérique 2 (Semestre 4, UE3 « Électronique & Commande ») fait passer l’étudiant du microcontrôleur isolé aux systèmes numériques communicants des réseaux électriques modernes. Il couvre la conception matérielle sur FPGA en VHDL, le traitement numérique du signal appliqué à la mesure des réseaux (filtres RIF et RII, FFT et analyse harmonique, PLL numérique), les protocoles des « smart grids » (Ethernet industriel, OPC UA, MQTT, DLMS/COSEM pour les compteurs intelligents) et le développement de micrologiciels temps réel sous FreeRTOS, jusqu’à la mise à jour à distance. Le fil conducteur est la supervision d’un mini-réseau solaire rural : mesurer la qualité de la tension, relever les compteurs, remonter les données vers une plateforme IoT et maintenir les équipements à distance.

    Objectifs d’apprentissage

    • Concevoir des systèmes numériques complexes sur FPGA avec le langage VHDL.
    • Maîtriser le traitement numérique du signal (DSP) appliqué à l’analyse des réseaux.
    • Comprendre les protocoles de communication numérique avancés pour les smart grids.
    • Développer des firmwares embarqués pour systèmes de mesure et de contrôle GEEL.

    Prérequis

    Électronique Numérique (ELN3301) : codage, logique, FPGA (notions), STM32 en C, UART/SPI/I2C/Modbus. Signaux & Systèmes Linéaires 1 (SSL2302) : convolution, transformée de Fourier, fonctions de transfert, échantillonnage.

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — FPGA et VHDL
    2. Leçon 2 — Traitement Numérique du Signal (DSP)
    3. Leçon 3 — Protocoles Avancés pour Smart Grid
    4. Leçon 4 — Systèmes Embarqués Avancés

    Travaux pratiques

    • TP1 : Filtre FIR sur FPGA Basys3 — mesure et validation (Leçon 1).
    • TP2 : Analyse harmonique en temps réel (FFT) sur STM32 (Leçon 2).
    • TP3 : Passerelle Modbus→MQTT avec publication sur ThingsBoard (Leçon 4).

    Modalités d’évaluation

    Volume horaire : CM 16 h, TD 8 h, TP 10 h, travail personnel (TPE) 26 h, soit 60 h de charge totale pour 3 crédits. Évaluation mixte : contrôle continu (CC) 40 % — TD, code et comptes rendus de TP, quiz en ligne — et examen terminal (ET) 60 %, épreuve écrite (VHDL, calculs DSP, analyse de protocoles, ordonnancement temps réel).

    Bibliographie

    • Brown S. & Vranesic Z., Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design, McGraw-Hill.
    • Proakis J. & Manolakis D., Digital Signal Processing: Principles, Algorithms and Applications, Pearson.
    • Barry R., Mastering the FreeRTOS Real Time Kernel, guide pratique (freertos.org).
    • Chu P., FPGA Prototyping by VHDL Examples, Wiley.

  • Signaux & Systèmes Linéaires 2

    Le cours Signaux & Systèmes Linéaires 2 (SSL4301, UE3 Électronique & Commande, semestre 4) est un cours d’automatique appliquée. Il prolonge SSL2302 et MAL4101 vers la commande des systèmes : précision et rapidité des asservissements, stabilité des boucles fermées, réglage de régulateurs PID et de correcteurs à avance/retard de phase, puis passage au numérique pour programmer ces régulateurs sur microcontrôleur (STM32) ou automate programmable. Les applications visent les installations rencontrées au Niger : régulation de vitesse de moteurs asynchrones (pompes, ventilation, moulins), et commande MPPT des onduleurs photovoltaïques.

    Objectifs d’apprentissage

    • Approfondir l’analyse des systèmes asservis dans le domaine fréquentiel.
    • Concevoir des régulateurs PID pour les systèmes de commande industriels.
    • Analyser la stabilité des boucles fermées par les critères de Nyquist et Bode.
    • Implémenter numériquement des régulateurs sur microcontrôleur ou API.

    Prérequis

    Signaux & Systèmes Linéaires 1 (SSL2302) : SLI, Laplace, fonction de transfert, Bode ; Maths Appliquées Laplace/Fourier (MAL4101) : éléments simples, marges, transformée en Z.

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — Systèmes Asservis — Rappels et Approfondissement
    2. Leçon 2 — Stabilité des Systèmes Asservis
    3. Leçon 3 — Conception de Régulateurs
    4. Leçon 4 — Commande Numérique

    Travaux pratiques

    • Le syllabus ne prévoit pas de TP (0 h). Les 8 h de TD portent sur les exercices corrigés : spécifications temporelles, Routh, marges, Ziegler-Nichols, correcteur à avance de phase, équations aux différences d’un PID.
    • TPE (26 h) : simulations conseillées (Python/scipy.signal, Scilab/Xcos ou MATLAB/Simulink) et lecture commentée des exemples de code C (STM32) et ST (API).

    Modalités d’évaluation

    Volume horaire : CM 16 h, TD 8 h, TP 0 h, TPE 26 h (charge totale 50 h, 3 crédits). Évaluation : examen terminal 100 % (pas de contrôle continu), nature mixte (questions de cours, problèmes de réglage chiffrés). Quiz en ligne pour l’auto-évaluation.

    Bibliographie

    • G. F. Franklin, J. D. Powell, A. Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, Pearson.
    • K. Ogata, Modern Control Engineering, Pearson.
    • K. J. Åström, T. Hägglund, PID Controllers: Theory, Design and Tuning, ISA (complément).