Programme d'examens de génie mécatronique

Groupe A - Examens obligatoires (sept exigés)

16- Mécatronique-A1    Analyse des systèmes et régulation

Contrôles à boucle ouverte et à rétroaction. Règles régissant les éléments de contrôle mécaniques, électriques, hydrauliques et thermiques. Modèles mathématiques des dispositifs de régulation mécaniques, hydrauliques, pneumatiques, électriques et électroniques. Schémas de principe, fonctions de transfert, réponse des servomécanismes aux signaux d’entrée typiques (échelon-unité, impulsion, harmonique), réponse en fréquence, diagramme de Bode, analyse et critères de stabilité.

Amélioration de la réponse d’un système par insertion d’éléments simples dans le circuit de commande. Régulation d’un procédé physique : commande proportionnelle, par intégration et par action différentielle. Théorie du calcul d’un contrôleur linéaire.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Bissell, C.C., Control Engineering, latest edition. Taylor & Francis.  
  • Franklin, Feedback Control of Dynamic Systems.

16- Mécatronique-A2 Circuits

Composantes des circuits électriques : modèles à paramètres localisés. Analyse par la méthode des mailles et des nœuds des circuits linéaires et passifs; réseaux équivalents. Analyse en régime permanent des circuits à paramètres localisés et invariants dans le temps : formulation d’équation différentielle, entrées sinusoïdales, réponse en fréquence, réponse impulsionnelle et fonction de transfert. Analyse par transformée de Laplace et régime transitoire des circuits. Modèles et analyse de quadripôles.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Nilsson, James W. and Susan Riedel, Electric Circuits, latest edition.  Prentice Hall.
  • Alexander, Charles and Mathew Sadiku, Fundamentals of Electric Circuits, latest edition.  McGraw Hill.
  • Schwarz and Oldham, Electrical Engineering: An Introduction, latest edition.  Oxford University Press.

16- Mécatronique-A3 Électronique

Semi-conducteurs; diodes et thyristors. Transistors bipolaires et à effet de champ (FET) comme composants linéaires et commutateurs. Circuits de polarisation, amplificateurs fondamentaux, circuits équivalents pour signaux faibles et fonctions de transfert. Amplificateurs opérationnels et comparateurs. Circuits intégrés numériques et familles logiques : TTL-LS et CMOS.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Sedra and Smith, Microelectronic Circuits, latest edition.  Oxford University Press.

16- Mécatronique-A4    Systèmes numériques et ordinateurs

Circuits logiques combinatoires et séquentiels synchrones. Conception de registres pour systèmes numériques. Arithmétique informatique, unités centrales de traitement, systèmes de mémoire et périphériques. Programmation en langage assembleur, interruptions, interfaces et communications. Architecture des ordinateurs.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Brey, Barry, The Motorola Microprocessor Family: 68000, 68008, 68010, 68020, 68030, and 68040: Programming and Interfacing with Applications.  Saunders College Publishing.

16- Mécatronique-A5 Thermodynamique appliquée, mécanique des fluides et transfert de chaleur

Thermodynamique : révision des lois fondamentales de la thermodynamique, introduction à la psychométrie et analyse du cycle idéal de compresseur à gaz, cycle de Rankine, cycle d’Otto, cycle de Diesel, cycle de Brayton et cycle de réfrigération de compression de vapeur.

Mécanique des fluides : révision des principes de la mécanique des fluides, quantité de mouvement et transfert d’énergie, analyse thermodynamique et définitions de l’efficacité. Analyse dimensionnelle et évaluation du rendement. Applications aux pompes, ventilateurs, compresseurs et turbines.

Transfert de chaleur : application des principes du transfert de chaleur en conduction en régimes permanent et transitoire. Transfert de chaleur en convection naturelle et forcée, échange de chaleur par rayonnement. Analyse thermique des échangeurs de chaleur.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Moran, M.J., H.N. Shapiro, B.R. Munson and D.P. DeWitt, Introduction to Thermal Systems Engineering: Thermodynamics, Fluid Mechanics, and Heat Transfer.  John Wiley and Sons.

16- Mécatronique-A6    Cinématique et dynamique des machines

Analyse cinématique et dynamique : méthodes analytiques et graphiques d'analyse cinématique des mécanismes dans l'espace et du mouvement élémentaire des corps dans l'espace; analyse statique et dynamique des forces dans les mécanismes; forces gyroscopiques; dynamique des machines alternatives; conception et calcul des mécanismes à cames et à engrenages.

Analyse des vibrations : vibration libre et forcée des systèmes non amortis et sous-amortis à masses concentrées à plusieurs degrés de liberté, techniques de solution analytiques et numériques, amortissement visqueux, isolation des vibrations, mesure et contrôle des vibrations.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Inman, D.J., Engineering Vibrations, latest edition. Prentice-Hall.
  • Waldron, K.J., and Kinzel, G.L., Kinematics, Dynamics and Design of Machinery. John Wiley & Sons.

16- Mécatronique–A7 Réseaux et machines électriques

Circuits et transformateurs magnétiques. Systèmes triphasés en étoile et en triangle. Production, transport et distribution d’électricité. Transformateurs triphasés. Machines à courant alternatif (c.a.) et à courant continu (c.c.). Machines synchrones triphasées et moteurs à induction triphasés. Correction du facteur de puissance.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Chapman, Stephen, Electric Machinery and Power System Fundamentals, McGraw Hill.
  • Wildi, Theodore, Electrical Machines, Drives, and Power Systems, latest edition, Prentice Hall.

Groupe B - Examens facultatifs (trois exigés)

16- Mécatronique-B1    Signaux et communications

Analyse des signaux analogiques: séries et transformées de Fourier; spectres d’amplitude, de phase et de puissance. Analyse des signaux temporels discrets : théorème d’échantillonnage de Nyquist; transformée en Z. Systèmes de communications analogiques : modulation et démodulation d’amplitude et de fréquence. Systèmes de communications numériques : modulation par impulsion codée; techniques de modulation et de démodulation bande passante.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Haykin, Communication Systems, latest edition, John Wiley & Sons Canada Ltd.

Ou

  • Haykin, Simon & Michael Moher, Introduction to Analog and Digital Communication Systems, latest edition, John Wiley & Sons.
  • Lathi, B.P., Signal Processing and Linear Systems.  Oxford University Press.

Ou

  • Haykin, Simon & Barry Van Veen, Signals and Systems, Interactive Solutions Edition, latest edition, John Wiley & Sons Canada Ltd.

16- Mécatronique-B2    Traitement des signaux numériques

Signaux et systèmes temporels discrets : entrée-sortie de systèmes et convolution, transformées en Z et fonctions de transfert. Transformée de Fourier discrète (TFD) et transformée de Fourier rapide (TFR). Conception de filtres à réponses impulsionnelles finie et infinie. Implantation matérielle du traitement des signaux numériques (DSP).

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Ifeachor, Emmanuel, and Barrie Jervis, Digital Signal Processing, a Practical Approach, latest edition. Prentice Hall.
  • Mitra, Sanjit, Digital Signal Processing, a Computer-Based Approach, latest edition. McGraw Hill.

16- Mécatronique-B3    Systèmes de commande avancés

Modélisation de systèmes en ingénierie; représentation par variables d’état et fonctions de transfert. Solutions analytique et numérique d’équations avec variables d’état. Observabilité, contrôlabilité, stabilité; conception classique, stabilisation à l’aide des pôles. Systèmes à retard. Systèmes bruités. Commande par ordinateur : systèmes discrets. Identification de systèmes; méthode des moindres carrés.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Dutton, Ken, Steve Thompson, and Bill Barraclough, The Art of Control Engineering.  Prentice Hall.
  • Nise, Norman, Control Systems Engineering.  John Wiley.

16- Mécatronique-B4    Contrôle environnemental des bâtiments

Chauffage, ventilation et climatisation : psychrométrie, calcul des charges de chauffage et de refroidissement, confort, ventilation et distribution de l’air dans les pièces. Humidification et déshumidification, calcul des conduites et des ventilateurs, calcul de la tuyauterie et des pompes. Systèmes de chauffage, ventilation et refroidissement et composants. Réfrigération.

Contrôle du bruit : caractéristiques des ondes de sons, instruments de mesure. Sources du bruit, absorption et transmission. Champ libre et conditions de réverbérations. Techniques de contrôle du bruit dans les bâtiments.

Technologie de la gestion de l’énergie : utilisation de l’énergie dans les bâtiments, systèmes de contrôle et instrumentation, fonctionnement des systèmes d’éclairage, principes des analyses économiques et techniques, procédures de vérification énergétique.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • F.C. McQuinston & G.D. Parker, Heating, Ventilating, & Air Conditioning – Analysis & Design, latest edition. John Wiley & Sons.
  • Jennings, Environmental Engineering, International Test Book Co.; Carrier & Trane System Manuals; ASHRAE Handbooks; ASHRAE Environmental Control Principles & Education Supplement to ASHRAE Handbook Fundamentals Volume.

16- Mécatronique-B5    Acoustique et contrôle du bruit

Fonctionnement de l’appareil auditif, surdité acquise, normes et recommandations en acoustique. Principes fondamentaux et calcul du phénomène de l’acoustique. Instruments de mesure du bruit, sonomètre analytique de la fréquence du son. Réflectance et transmission acoustiques, caractérisation et choix des matériaux acoustiques. Acoustique des pièces, calcul préventif du niveau sonore dans les pièces. Propagation du son dans les conduits, conception de silencieux. Analyse du bruit et application de techniques de réduction.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

Manuel Primaire

  • Barron, Randall F., Industrial Noise Control and Acoustics. Marcel Dekker.

Manuel Secondaire

  • Bell, Lewis H. and Douglas H. Bell, Industrial Noise Control: Fundamentals and Applications, latest edition, Marcel Dekker.
  • Irwin, J.D., Industrial Noise and Vibration Control. Prentice-Hall.
  • Wilson, Charles E., Noise Control:  Measurement, Analysis, and Control of Sound and Vibration. Krieger, 1994.

16- Mécatronique-B6    Mécanique des systèmes robotiques

Composants des robots (capteurs, actionneurs et effecteurs et leurs critères de sélection); grandes catégories de robots (manipulateurs série et parallèles, robots mobiles); analyse de mobilité/contrainte; analyse de l’espace de travail; cinématique des corps rigides (transformation homogène, angle et axe de rotation, angles d’Euler, coordonnées cylindriques et sphériques); cinématique et trajectoire des mouvements des manipulateurs (analyses des déplacements et des vitesses, relations différentielles, matrice jacobienne); détection/activation non redondantes et redondantes des manipulateurs; statique (force et rigidité) des manipulateurs; particularités; dynamique des manipulateurs.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Paul, R.P., Robot Manipulators - Mathematics, Programming and Control. MIT Press.
  • Craig, J.J., Introduction to Robotics: Mechanism and Control. Addison-Wesley Publishing Co.  

16- Mécatronique-B7    Électronique de puissance et entraînements

Principes et modélisation de machines électriques : machines à courant continu (c.c.), machines à induction et machines synchrones. Dispositifs et convertisseurs électroniques de puissance : hacheurs, onduleurs, cycloconvertisseurs et alimentations commutées. Entraînements électriques : régulation de couple et de vitesse, techniques de commande vectorielle et de champ.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Rashid, Muhammad H., Power Electronics: Circuits, Devices and Applications, latest edition. Prentice-Hall.
  • Mohan, N, Undeland, T, Robbins, W, Power Electronics – Converters, Applications, and Design. John Wiley.
  • Sen, P C., Principles of Electric Machines and Power Electronics, latest edition. Wiley.

16- Mécatronique-B8    Conception et fabrication d’éléments de machines

Théorie et méthodologie de définition conceptuelle; examen des méthodes utilisées en analyse des contraintes; approche du coefficient de sécurité simple; charges variables; concentrations de contraintes; boulons et assemblages boulonnés; joints soudés; ressorts; conception des arbres et paliers; embrayages; freins et systèmes de freinage.

Le rôle et la caractérisation de la technologie de fabrication dans l’entreprise de fabrication sont également examinés. Les matières comprennent un aperçu du processus de déformation, les procédés d’assemblage, de consolidation, d’élimination et d’altération des matériaux; la fabrication des éléments composites, les technologies de nano- et de micro-fabrication, le traitement du caoutchouc, le travail du verre, les procédés de revêtement, l’assemblage mécanique, les ensembles et assemblages électroniques et les chaînes de production; le choix et la planification des procédés; les systèmes de contrôle de la qualité.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Juvinall, Robert C., and Kurt M. Mershek, Fundamentals of Machine Component Design, latest edition.  Wiley.
  • Groover, Mikell P., Fundamentals of Modern Manufacturing:  Materials, Processes, and Systems, latest edition.  Wiley.

16- Mécatronique-B9    Conception et développement de produits

Outils et méthodes modernes de conception et de développement créatifs de produits, notamment la recherche sur les produits, l’établissement de paramètres de conception, l’expérimentation et la mise au point d’options de conception, la visualisation, l’évaluation, la révision, l’optimisation et la présentation. Les matières abordées comprennent : le processus de conception technique, les processus et types d’organisation du développement, la planification des produits, la détermination des besoins des clients, les spécifications des produits, la génération de concepts, le choix des concepts, les prototypes, la conception robuste, la mise à l’épreuve des concepts, l’architecture des produits, la conception industrielle, la conception en vue de la fabrication, les brevets et la propriété intellectuelle, l’économie du développement des produits et la gestion de ce type de projets.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

Manuel Primaire

  • Ulrich, Karl T. & Steven D. Eppinger, Product Design and Development, latest edition.  McGraw Hill.
  • Boothroyd, G., W.A. Knight & Peter Dewhurst, Product Design for Manufacture and Assembly, latest edition. Marcel Dekker Inc.

Manuel Secondaire

  • Ullman, David G., The Mechanical Design Process, latest edition.  McGraw Hill.  

16- Mécatronique–B10 Systèmes de fabrication intégrés

Automatisation de la production et rôle de l’informatique dans les systèmes modernes de fabrication grâce à un aperçu complet des applications des technologies avancées dans la fabrication et leur impact commercial sur les dimensions concurrentielles du coût, de la souplesse, de la qualité et de livrabilité. Les matières abordées comprennent : l’agencement des installations, la fabrication cellulaire, les éléments fondamentaux de l’automatisation, la programmation de commandes numériques, la manutention et l’entreposage des matériaux, les véhicules à guidage automatique, les systèmes de fabrication flexibles, la technologie  de  groupes,  les  automates  programmables,  l’ingénierie  simultanée,  la  planification  et  le contrôle de la production, les systèmes de contrôle des activités de production, le repérage et la collecte de données automatiques, la production allégée et agile, la planification de procédé assistée par ordinateur, les  prévisions,  la  gestion  et  le  contrôle  des  stocks,  le  contrôle  et  l’inspection  de  la  qualité  et  les technologies d’inspection.

Manuels de référence (l’édition la plus récente est recommandée):

  • Groover, Mikell P., Automation, Production Systems, and Computer-integrated Manufacturing, latest edition.  Prentice Hall.