GEL 2004 Design II (modélisation)

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1 GEL 2004 Design II (modélisation) Système de commande de la tension de la corde Département de génie électrique et de génie informatique

2 Sommaire Chaîne cinématique de réglage de la tension de la corde vibrante auto-entretenue & accordable Servo-Moteur de réglage de l angle de clé Servo-Moteur: constitution, caractéristiques, commande Modélisation Conclusion 2

3 Oscillateur à corde vibrante autoentretenu & accordable Impulsion commande Actionneur Réluctance Tension Commande Auto-entretien Signal position Corde Vibrante Position Capteur Position Fréquence Fréquence Servo-Moteur + Clé Angle de référence Commande accord Horloge de comparaison 3

4 Chaîne cinématique de commande de la tension de la corde Référence Position Angulaire (Consigne asservissement position servo-moteur) ServoMoteur de réglage Angle de clé Position Angulaire Clé Clé Tension de la corde Technologie: Servo-Moteur de réglage position angulaire à commande par largeur d impulsion PWM (Moteur avec asservissement de position angulaire intégré) Clé de serrage à vis sans fin («Worm gear» )

5 Servomoteur de réglage de position angulaire Servomoteur Heavy Duty S666 STD GWS Un servo-moteur est un moteur combiné avec un capteur de position, une alimentation et un régulateur qui permet d asservir la position angulaire de son arbre de sortie à une consigne

6 Caractéristques principales MAX! S666 STD Vitesse (sec/60 ) Couple (kg.cm) 4.8V Servomoteur Heavy Duty S666 STD GWS IMPORTANT: l'axe de sortie du S666 STD n'effectue pas une rotation complète sur 360

7 Servomoteur Un «servomoteur» est un moteur asservi en position. Principales composantes: moteur à courant continu à aimants permanents réducteur de vitesse à engrenages (multiplie le couple du moteur & réduit sa vitesse pour les applications de positionnement mécanique) potentiomètre solidaire de l axe qui sert de capteur de position de celui-ci (résistance du potentiomètre proportionnelle à la position angulaire de l axe de sortie par rapport à une référence (butée)) circuit de puissance qui alimente le moteur à tension variable pour faire varier sa vitesse (pour atteindre rapidement la position de référence) circuit de commande qui permet d asservir la position du moteur à une position de référence en minimisant l erreur avec la position mesurée par le potentiomètre (circuit de puissance & de commande implantés dans des circuits intégrés pour les applications de faible puissance) Hiver 2012

8 Servomoteur S666 STD Moteur Potentiomètre Réducteur Engrenages Circuit commande Circuit Puissance

9 Documentation M51660L Circuit de commande de position implanté dans Servomoteur S666 STD eet/mitsubishielectriccorporation/mxyy zzzr.pdf Hobby Servo Fundamentals (à lire) XT/NTRAK2002/ pdf

10 Fonctionnement du Servomoteur Pour positionner axe de sortie, il faut envoyer une impulsion de tension sur entrée de commande (elle met aussi le moteur sous tension en l alimentant!) Durée impulsion fixe la consigne de l asservissement de l angle de rotation de l axe de sortie Durée impulsion variable comprise entre 1ms & 2 ms : 1ms (butée gauche) 2 ms (butée droite) 1.5 ms (centre)

11 Signal de commande du Servomoteur s(t) 6 5 t i Tension Commande Moteur t i 4 t off T Signal 0-5V largeur variable t i à fréquence constante f=1/t t i = 1ms (butée gauche: t i minimale, m =0) t i = 2 ms (butée droite: t i maximale, m = max =172º)

12 Fonctionnement du Servomoteur Si on veut maintenir en permanence la position du servomoteur il ne faut pas cesser de lui envoyer des impulsions avec un signal de position de référence (sinon le moteur n est plus alimenté, la tension n est plus vraiment appliquée sur la corde bien que la vis sans fin ne soit pas réversible et la position peut varier..) La dynamique de l asservissement de position interne du Servo-Moteur dépend: du couple résistant sur l arbre (exercé par la force de résistance à l allongement de la corde et les forces de frottement à travers la vis sans fin de la clé d accord), des caractéristiques du moteur & des réglages internes du régulateur de position que l utilisateur ne peut pas modifier Après l envoi d une référence de position, l asservissement atteint la consigne après un délai variable.

13 Fonctionnement du Servomoteur Dans le pire des cas, le délai variable peut être estimé à priori entre 20 et 40 ms (il faut l identifier expérimentalement!) Il faut donc envoyer en permanence des impulsions de référence en respectant un certain délai (dont la valeur exacte n est pas critique mais qui a une valeur minimale et une valeur maximale). Si on répète les impulsions trop vite (avec un délai de t off 10ms par exemple), le servomoteur sera instable (bruit caractéristique dans engrenages) Si on répète les impulsions trop lentement (avec un délai t off de 80ms par exemple), le servomoteur cessera d être alimenté et la position (donc la tension) ne sera plus maintenue.

14 Commande électronique du Servomoteur Le signal de sortie du filtre du PLL réalisé dans l Arduino doit commander l angle du servomoteur m L excursion de l angle du servomoteur est limitée entre m =0 et m = max =172º La commande électronique du servomoteur doit permettre de transformer le signal de sortie du filtre du PLL (réalisé dans l Arduino) en un signal avec des impulsions 0-5V de largeur proportionnelle à ce signal. Cette fonction d interfaçage doit être réalisée avec l Arduino (associé éventuellement à un autre circuit mais pas forcément ) qui reste à concevoir par chaque équipe

15 Modélisation Système de commande de la tension de la corde La modélisation de ce sous-système doit être réalisée suivant la méthodologie présentée pour les autres sous-systèmes: Segmentation en sous-systèmes élémentaires (exemple: servomoteur, clé) Détermination des E/S de chaque sous-système Modèle statique (gain en régime permanent entre les E/S) Modèle dynamique (retards entre les E/S instantanées, constantes de temps, etc.) Définition et identification expérimentale des paramètres des modèles Prise en compte des limiteurs physiques des variables de sortie (ex: L'angle de commande m du moteur ne peut varier qu entre 0 et 172 degrés)

16 Conclusion