TP 05.1 Axe autonome de la plate-forme

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1 SYSTEMES LINEAIRES CONTINUS INVARIANTS TP 05.1 Axe autonome de la plate-forme Objectifs : Il est proposé dans ce TP de mettre en évidence : la modélisation d un système asservi (schéma-bloc et fonction de transfert) ; l allure de la réponse d un système du 1 er ordre à une entrée en échelon ou en rampe ; la méthode d identification permettant de déterminer le modèle d un système. La démarche de l ingénieur d étude : Identifier, mesurer et analyser les écarts entre les performances du système souhaité, du système réel et du système simulé. Tous cela dans le but de réduire ces écarts. TP 05.1 Axe autonome de la plate-forme - Sujet Page 1/6 14/10/2011

2 SAVOIRS ET SAVOIR-FAIRE Les observations, manipulations, mesures et simulations que vous allez réaliser au travers des activités proposées doivent vous permettre d acquérir ou d approfondir les outils et les méthodes listées ci-dessous. Savoirs Les différents types de transmetteurs usuels la transformation de Laplace et ses propriétés les caractéristiques des réponses aux signaux test d un système du 1 er ordre Savoir-faire déterminer la fonction de transfert d un constituant d un SLCI représenter la structure d un SLCI à l aide d un schéma-bloc identifier le modèle de comportement d un système à partir de sa réponse ORGANISATION DE LA SEANCE Les activités proposées sont à réaliser en 2 heures et en autonomie (sauf indication particulière). La partie 1 est à réaliser par les deux binômes qui se partagent le système. Les parties 2 ( 40 m) et 3 ( 40 min) sont indépendantes et doivent être effectuées par chacun des binômes en parallèle. La partie 4 sera réalisée en commun avec l autre binôme à la fin du TP. Les résultats d activités seront rédigés sur une feuille libre et sur le(s) document(s) réponse mis à disposition. Ils pourront aussi, à la demande du professeur, être uniquement exprimés à l oral lors d un échange avec ce dernier. RESSOURCES MATERIELLES ET NUMERIQUES Pour réaliser les activités proposées, vous avez à votre disposition : le système réel instrumenté et le système réel démonté ; le dossier du système sur le site internet de votre professeur ; le cours «Systèmes Linéaires Continus Invariants» que vous pouvez retrouver sur le site internet de votre professeur. 1 - Découverte du système Activité 1 : Mise en situation Présentation de la maquette didactisée du laboratoire Réaliser les activités décrites dans le dossier, et observer le système réel. TP 05.1 Axe autonome de la plate-forme - Sujet Page 2/6 14/10/2011

3 2 Modélisation et représentation d un axe L objectif de cette partie est de compléter la modélisation d un des axes de la plate-forme. 2.1 Etude préliminaire Activité 2 : Matériel Matériel Dispositif roue et vis sans fin sur la table Dispositif vis-écrou sur la table Travaux Pratiques TP 5.1 Ressource Transformation de mouvement vis-écrou Mettre en évidence, à l aide d actigrammes, la fonction de chacun de ces deux transmetteurs. 2.2 Structure d un axe Les 6 axes de la plate-forme sont des vérins électriques qui permettent de convertir de l énergie électrique en énergie mécanique de tra nslation. Activité 3: Matériel Malette «axe démonté» Présentation de la maquette didactisée du laboratoire PO Architecture d un axe Remonter sommairement, en s inspirant de la représentation en perspective et de la photo contenues dans le dossier, l axe (situé dans la mallette sous la table). Identifier, parmi les différents constituants, les deux types de transmetteurs mis en évidence dans la partie précédente. Démonter l axe et le ranger soigneusement dans sa mallette. TP 05.1 Axe autonome de la plate-forme - Sujet Page 3/6 14/10/2011

4 2.2 Modélisation d un axe et représentation sous forme de schéma-bloc La transformation, dans le domaine de Laplace, des modèles de connaissance des différents constituants d un axe de la plateforme, a permis d établir le schéma-bloc (incomplet) suivant : Activité 4 : Présentation de la maquette didactisée du laboratoire PO Architecture d un axe Repérer les différents constituants de l axe sur ce schéma-bloc : moteur, génératrice tachymétrique, correcteur de vitesse, intégrateur, réducteur principal, réducteur secondaire roue et vis sans fin, capteur potentiométrique, interface homme/machine, correcteur de position, dispositif vis-écrou. Déterminer, dans le domaine temporel, l équation qui lie la grandeur d entrée et la grandeur de sortie du dispositif vis-écrou. En déduire la fonction de transfert ce constituant. Hi p correspondant à L interface homme/machine, qui traduit la consigne de position de la tige de l axe, délivre une tension comprise entre 0 et 10 V pour traduire la consigne de position 150 mm (course maximale d un axe). y c(t) comprise entre 0 et Déterminer la relation de proportionnalité entre la grandeur d entrée et la grandeur de sortie de l interface homme/machine. En déduire la fonction de transfert ce constituant. Hi p correspondant à Déterminer, dans le domaine temporel, l équation qui lie la grandeur d entrée et la grandeur de sortie du dispositif roue et vis sans fin. En déduire la fonction de transfert correspondant à ce constituant. Hi p Déterminer l image de l erreur de position pos( p ) en fonction de la consigne de position Yc ( p ), de la position réelle de la tige tige( ) Y p et des fonctions de transfert H i p. En déduire la fonction de transfert H4 ( p ) pour que pos( p ) soit l image en tension de l erreur en position Yc Ytige. Connaissant le schéma-bloc complet d un axe de la plateforme, on pourrait maintenant déterminer Ytige sa fonction de transfert Yc afin de prévoir son comportement à l aide d une simulation manuelle ou numérique. TP 05.1 Axe autonome de la plate-forme - Sujet Page 4/6 14/10/2011

5 3 Etude expérimentale L objectif de cette partie est de réaliser des mesures permettant d observer le comportement d un axe de la plate-forme et de proposer sa modélisation à l aide d une méthode d identification. 3.1 Découverte du pilotage d un axe de la plate-forme Activité 5 : Utilisation du logiciel de pilotage et d analyse (uniquement pour l axe autonome seul) Logiciel «Axe» Piloter l axe seul en commandant successivement, une consigne de position carré, sinus et rampe. 3.2 Essais On souhaite visionner le comportement de l axe pour les réglages de comportement ci-dessous. Potentiomètre «Gain» en position moyenne. Potentiomètres «Couple» et «Amortissement» au maximum (en butée à droite). NB : ces deux potentiomètres se trouvent sur le devant de la plate-forme. On se propose de réaliser différents essais pour des consignes de déplacement : - en échelon (respectivement de 80 mm et 20 mm) - en rampe. Le paramétrage du logiciel correspondant à ces différents essais est donné ci-dessous : ESSAI 1 ESSAI 2 ESSAI 3 Echelon de 80 mm Echelon de 20 mm Rampe - signal «carré» - signal «carré» - signal «rampe» - période : 4 (s) - amplitude 80 (mm) - nombre de cycle : 1 - nombre de points : longueur initiale du vérin : prolongement : 1 - période : 4 (s) - amplitude 20 (mm) - nombre de cycle : 1 - nombre de points : longueur initiale du vérin : prolongement : 1 - période : 4 (s) - amplitude 50 (mm) - nombre de cycle : 1 - nombre de points : longueur initiale du vérin : prolongement : 1 Activité 6 : Utilisation du logiciel de pilotage et d analyse (uniquement pour l axe autonome seul) Logiciel «Axe» Réaliser l essai correspondant à l échelon de 80 mm. Afficher et imprimer toutes les courbes sur le même graphe. TP 05.1 Axe autonome de la plate-forme - Sujet Page 5/6 14/10/2011

6 Réaliser l essai correspondant à l échelon de 20 mm. Afficher et imprimer toutes les courbes sur le même graphe. Réaliser l essai correspondant à la rampe. Afficher et imprimer toutes les courbes sur le même graphe. 3.2 Analyse des courbes Remarque : dans cette partie la courbe «couple» sera ignorée. Seules seront exploitées les courbes de position de l axe et de vitesse du moteur. Activité 7 : En observant, dans le cas du premier essai, la portion de la courbe de position comprise entre 2 et 4 s, peut-on considérer que l on se trouve face à un système du 1er ordre? Expliquer le phénomène en observant la courbe de vitesse du moteur pendant cette même période. (Vous pourrez aussi observer la courbe position et vitesse du deuxième essai). Indiquer sur la courbe de position correspondant au deuxième essai les valeurs qui vous semblent intéressantes. 3.3 Modélisation de l axe par identification L observation des courbes de réponses en position obtenues lors des différents essais nous conduisent à modéliser le système par une fonction de transfert du 1 er ordre de la forme : Activité 8 : Ytige K Yc 1. p Déterminer les paramètres caractéristiques (gain statique et constante de temps) à l aide de la courbe obtenue lors du troisième essai. 4 Conclusion A l aide d une méthode d identification réalisée à partir de la courbe obtenue lors du deuxième essai, on a déterminé les valeurs suivantes : K 1 et 0,45 s. Activité 9 : Conclure. Ytige Connaissant la fonction de transfert de l axe de la plate-forme, on pourrait maintenant Yc prévoir son comportement, pour d autres entrées, à l aide d une simulation manuelle ou numérique. Eteindre le système et l ordinateur (selon la procédure décrite dans le dossier. Merci de laisser votre espace de travail plus propre que vous ne l avez trouvé, chaises rangées et tables nettoyées! TP 05.1 Axe autonome de la plate-forme - Sujet Page 6/6 14/10/2011