Linear Control

lepl1111  2026-2027  Louvain-la-Neuve

Linear Control
5.00 crédits
30.0 h + 30.0 h
Q2
Enseignants
. SOMEBODY; Bianchin Gianluca (coordinateur(trice)); Hendrickx Julien;
Préalables
Connaissances de base de niveau bachelier en mathématiques ainsi que des notions de signaux et systèmes (par exemple telles qu’enseignées dans le cours LEPL1106).
Thèmes abordés
Ce cours offre une introduction à la modélisation, à l’analyse et à la conception des systèmes de contrôle linéaires. Il débute par la présentation de techniques de modélisation des systèmes physiques à l’aide d’équations différentielles et de fonctions de transfert, illustrées par des exemples issus de la robotique, du génie mécanique, électrique, biologique et biomédical. Le cours aborde ensuite les méthodes d’analyse de ces modèles, en mettant l’accent sur des propriétés clés des systèmes telles que la stabilité, les erreurs en régime permanent, le rejet des perturbations et le rôle du retour d’information dans la garantie de la robustesse.
Une partie du cours est consacrée aux techniques classiques de contrôle dans le domaine fréquentiel — telles que le réglage de correcteurs PID et les méthodes dans le domaine fréquentiel — ainsi qu’à l’analyse de la robustesse. Une autre partie porte sur l’analyse à l’aide de méthodes en espace d’état, offrant un cadre moderne pour l’étude et la conception de lois de commande par retour d’état. Une attention particulière est accordée à l’utilisation d’outils logiciels pour la conception des contrôleurs.
Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :

  • Modéliser des systèmes physiques à l’aide de représentations par fonctions de transfert et en espace d’état.
  • Analyser les propriétés des systèmes dynamiques telles que la stabilité, la réponse transitoire, l’erreur en régime permanent et la robustesse, en utilisant des techniques dans le domaine temporel et fréquentiel.
  • Traduire des spécifications de conception en spécifications de commande.
  • Appliquer des techniques classiques de synthèse de commande, telles que les correcteurs PID, le lieu des racines, les diagrammes de Bode et le critère de Nyquist, afin de satisfaire des spécifications données.
  • Concevoir et analyser des systèmes de commande en boucle fermée afin de garantir les performances et la robustesse face aux perturbations, au bruit et aux incertitudes de modélisation.
  • Développer et utiliser des modèles en espace d’état pour l’analyse des systèmes dynamiques, incluant l’évaluation de la commandabilité, de l’observabilité et de la stabilité interne.
  • Synthétiser des contrôleurs à l’aide de méthodes de placement de pôles et de régulateurs linéaires quadratiques (LQR).
  • Traduire des problèmes de conception en commande vers des implémentations pratiques à l’aide d’outils logiciels (par exemple MATLAB et Simulink, en s’appuyant sur le Control System Toolbox).
  • Résoudre des problèmes pratiques de commande en environnement de laboratoire, incluant la régulation de niveaux de cuves, la commande de procédés de distillation et la commande de robots.
  • Mener de manière autonome des expériences de commande automatique, depuis la phase de conception jusqu’à l’implémentation et à l’évaluation des performances.
  • Démontrer la capacité à appliquer de façon autonome les concepts appris pour résoudre des problèmes de commande inédits dans un contexte contraint en temps.
 
Contenu
Le cours est organisé en deux parties principales :

Partie 1 - Analyse des systèmes utilisant les outils du domaine fréquentiel : 
Transformées de Laplace, réponse dynamique, fonctions de transfert, pôles du système, diagrammes de blocs, stabilité, contrôle PID, diagrammes de Bode et de Nyquist, compensateurs à retard et à avance.

Partie 2 - Analyse des systèmes utilisant les outils du domaine temporel : 
modèles d'espace d'état, exponentielles matricielles, linéarisation, systèmes linéaires variables dans le temps, stabilité de Lyapunov, contrôlabilité et observabilité, placement des pôles, contrôle avancé par retour d'état
Méthodes d'enseignement
L'apprentissage sera basé sur des cours (en mode présentiel ou à distance) mise en pratique dans des séances d'exercices (proposées en classe avec le soutien d'assistants techniques) et des séances de laboratoire (à réaliser dans la salle de laboratoire par des groupes de 2 à 5 étudiants).
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants
  • Examen écrit
  • Évaluation continue: évaluations de laboratoire et autres évaluations ayant lieu pendant le quadrimestre (par ex. : quiz, devoirs, etc)
  • Soit E la note de l’examen écrit, L la note combinée (moyenne arithmétique) du laboratoire, et Q la note combinée (moyenne arithmétique) des quiz/devoirs (sur 20). La note finale sera calculée selon la formule: 
    Si E<8 : Note finale = E
    Si E>=8 : Note finale = 65%E + 20%L + 15%Q
    Vu la nécessité de maîtriser de façon individuelle les acquis d'apprentissage à un niveau minimum et correspondant à 8/20.
  • Les expériences de laboratoire, les évaluations de laboratoire et les quiz/devoirs ne seront pas organisés en 2ᵉ session (et ne peuvent pas être réalisés en dehors du quadrimestre). En cas de deuxième inscription (en août), les notes des évaluations continues seront conservées. Par conséquent, la formule de calcul en 2me session reste identique à celle de la 1re session (avec L et Q conservés). 
  • En 2ᵉ session, seule la note obtenue à l’examen écrit de 2ᵉ session est prise en compte pour la note finale.
  • En cas de réinscription une autre année, les expériences de laboratoire et les évaluations continues devront être à nouveau réalisées (sauf cas exceptionnels et uniquement avec l’accord de l’enseignant).
  • D’autres activités, comme des évaluations orales ou des devoirs, peuvent être utilisées en remplacement d’autres évaluations dans des cas particuliers.
  • La langue de l'examen écrit et des évaluations continues est la même que la langue de l'enseignement (anglais).
L'utilisation de l'IA, et la diffusion ou l'échange de (parties de) solutions sont évidemment interdits pour toute activité certificative.
Bibliographie
Slides, notes, and laboratory manuals provided by the instructor
Suggested readings from the referenced books :
  • Khalil, H. K. (2023). Control Systems: An Introduction. Michigan Publishing.
  • J. P. Hespanha, "Linear systems theory," Princeton University Press, 2018 (available in the library)
  • G. F. Franklin, J. D. Powell, E. Emami-Naeini, "Feedback control of dynamic systems," Prentice Hall, 2019 (available in the library)
Faculté ou entité
en charge


Programmes / formations proposant cette unité d'enseignement (UE)

Intitulé du programme
Sigle
Crédits
Prérequis
Acquis
d'apprentissage
Bachelier en sciences de l'ingénieur, orientation ingénieur civil

Master [120] : ingénieur civil en chimie et science des matériaux

Master [120] : ingénieur civil mécanicien

Master [120] : ingénieur civil électricien

Master [120] : ingénieur civil électromécanicien

Master [120] : ingénieur civil en génie de l'énergie