Caractérisation des grandeurs de la chaîne d énergie du tapis de course TC290 TP 2 heures Noms : Prénoms : Classe : Date : Objectifs A l issu de ce TP, les compétences acquises doivent vous permettre plus particulièrement de : - Identifier et caractériser une chaine d énergie, - Justifier le choix et la grandeur physique à mesurer, - Justifier les caractéristiques d un appareil de mesure, - Vérifier la cohérence du modèle choisi avec des résultats d expérimentation. Nous nous intéresserons plus particulièrement à l écart entre le système réel et le système simulé. Présentation La société DOMYOS filiale du groupe Oxylane, propose depuis plusieurs années des tapis de course à bas cout, qui ont connu un grand succès. Problématique Vous êtes ingénieur de développement auprès de la société DOMYOS qui désire innover et souhaite renouveler son offre de tapis de course. On vous demande de réaliser la modélisation numérique de l un des modèles de tapis de course de la gamme (le TC290) et de valider ce modèle grâce à des mesures que vous allez faire sur le système réel. Si les écarts entre le modèle et le réel sont faibles alors ce modèle pourra servir de base à la conception de nouveaux modèles. Page 1/5
Présentation du système Le tapis TC290 est un système d'entrée de gamme, il permet de courir de 1 à 13km/h, le tapis s'incline de 1 à 10 %, il contient plusieurs programmes d entraînement que l on peut choisir à partir du pupitre. Le système est constitué de deux chaines fonctionnelles indépendantes : - La première chaine correspond au dispositif permettant d imposer la vitesse de défilement du tapis. - La deuxième chaine correspond au dispositif permettant d imposer l inclinaison du tapis. Chaine fonctionnelle : Mise en mouvement du tapis Un moteur électrique à courant continu entraine le système poulie-courroie constitué d une poulie motrice, d une poulie réceptrice solidaire du tambour moteur, et d une courroie poly V. La rotation du tambour moteur entraine le défilement du tapis qui joue le rôle d une courroie. Image de la vitesse du tapis Chaîne d information Informations destinées au coureur ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER Consignes issue de la carte de commande de la console Capteur à effet hall, Carte de commande console PSOC Ordres Pupitre(afficheur, buzzer) Réseau 230V ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE électronique de redressement, filtrage, Transistor IGBT Chaîne d'énergie Moteur à courant continu Poulies, courroies, bande roulante volant d'inertie AGIR Page 2/5
Groupe A : Caractérisation de la fonction convertir Pour simplifier l'étude on omettra volontairement la fonction «distribuer», c'est à dire que l'on considérera que le système est alimenté directement par une source d'alimentation continue réglable de laboratoire. Vous disposez : - du tapis de course automatique, - d appareils de mesure comme l ampèremètre, voltmètre, sonde de courant, tachymètre, l oscilloscope ou chronomètre. On cherche à caractériser le comportement intrinsèque (coupé du monde extérieur...) du moteur alimenté par une alimentation stabilisée fournissant une tension réglable de 0 à 60V. Pour ceci on tracera les courbes de : - La vitesse du moteur (N moteur ) en fonction de sa tension d alimentation (U moteur ) - La vitesse du moteur (N moteur ) en fonction de la Fcem E. Qa1. Élaborer un protocole d'expérimentation vous permettant de réaliser ce travail en toute sécurité. Le faire valider par votre professeur avant toute mise en œuvre. La résistance de l induit du moteur est de 1.26Ω. Qa2. Réaliser vos mesures et mettez-les sous la forme d un tableau. U moteur (V) I moteur (A) E (V) N moteur (tr/s) ω moteur (rd/s) Qa3. Tracer cette courbe puis donner un modèle mathématique (approché) de la vitesse de rotation du moteur en fonction de la tension d alimentation, puis en fonction de la fcem E. Qa4. Comparer ce modèle approché avec les mesures effectuées. Page 3/5
Groupe B : Caractérisation de la fonction transmettre On cherche à caractériser un modèle définissant la vitesse du jogger en fonction de la fréquence de rotation du moteur V jog = f(ω moteur ). En multipliant par le temps, cette relation devient celle qui lie la distance parcourue par le jogger au nombre de tours effectués par l'arbre moteur d jog = f(nombre de tours ). Vous disposez : - Du tapis de course automatique, - D appareils de mesure comme, tachymètre, oscilloscope ou chronomètre, - D un pied à coulisse ou mètre de mesure. Données : on rappelle les relations : s = R. Θ avec s la section de l'arc (m), r rayon (m), Θ angle (rad) v = R. Ω avec v vitesse linéaire (m/s), r rayon (m), Ω vitesse angulaire (rad/s) Note : On exprime les grandeurs en unité SI lorsque celles-ci ne sont pas spécifiées. Ωmot (rd/s) Ωroul (rd/s) Vtapis (m/s) Vjogger (km/h) Moteur Système rouleau Convertisseur poulies courroie en km/h Qb1. Donner un protocole permettant de déterminer le plus précisément possible les différentes relations entre les différents constituants énumérés ci-dessus. Qb2. Exprimer la relation liant la vitesse angulaire de l'arbre moteur Ω mot à la vitesse angulaire du rouleau entraînant le tapis Ω roul. Compléter la case colorée correspondante par la formule, puis faire l application numérique. Qb3. Exprimer la relation liant la vitesse linéaire du tapis V tapis à la vitesse angulaire du rouleau entraînant le tapis Ω roul. Compléter la case colorée correspondante, puis faire l application numérique. Qb4. Exprimer la relation liant la vitesse linéaire du tapis V tapis en (m/s) à la vitesse linéaire du jogger V jogger en km/h. Compléter la case colorée correspondante par la formule, puis faire l application numérique. Qb5. En déduire la relation globale donnant la vitesse du jogger V jogger en fonction de la vitesse angulaire Ω mot du moteur. Exprimer également V jogger = f(n mot ), avec N mot fréquence de rotation du moteur. Page 4/5
Pour l ensemble de l équipe : Paramétrage et validation du modèle On vous fournit un modèle Matlab-Simulink (non paramétré) du système traduisant le dispositif expérimental. A partir des activités précédentes, vous devez paramétrer votre modèle numérique et le simuler pour différentes tensions U moteur. Vous allez ensuite comparer ce modèle avec le système réel et le valider. Qc1. Pour 5 valeurs de U moteur, relever les valeurs de N moteur, N poulie, et V tapis. Dans Matlab, ouvrir le dossier Modèle_tapis et double-cliquer sur le fichier «TAPISTC290_elv.mdl». Sélectionner le dossier, dans le répertoire contenant les fichiers pour la simulation. Double-cliquer sur le fichier Simulink, «TAPISTC290_elv.mdl», reconnaissable à son extension mdl. Qc2. A partir des paramètres identifiés dans les parties précédentes, paramétrer le modèle. Pour ceci, double cliquer sur les icones «moteur» et «Système poulie- courroie», puis compléter les données manquantes. Il faut saisir le rapport de transmission (1/R) du système poulies courroie Pour modifier U moteur, il suffit de double cliquer sur l icône commande modifier l amplitude. Lancer alors la simulation en cliquant sur «play» dans le menu :, et de Qc3. Pour les 5 valeurs choisies, lancer votre simulation. En déduire la relation entre U moteur et N moteur, ainsi qu entre V jogger et ω moteur. Comparer ces relations avec celles trouvées dans les parties précédentes. Qc4. Conclure sur la validité du modèle. Justifier les éventuels écarts. Page 5/5