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Utilisation d’actionneurs piézo-électriques dans des boucles d’asservissement en effort : banc d’essai M IMOSA
Thomas R AKOTOMAMONJY 30 août 2002

Remerciements
Je tiens avant tout à remercier les personnes suivantes pour tout ce qu’elles ont pu m’apporter au cours de ce stage : – Daniel Alazard et Jean-Pierre Chrétien pour leur encadrement et les conseils précieux qu’ils ont su prodiguer ;– Alain Gaillet pour sa patience et son aide sur MIMOSA ; – Alain Bucharles et Patrick Carton pour leur aide des plus utiles ; – Jean-Pierre Jung, directeur de l’ONERA Toulouse et Claude Barrouil, directeur du DCSD, pour m’avoir accueilli au sein du département ; – Benoît, Charles, Florent, Ludovic, Rémi, Ygaël et tous les stagiaires pour leur bonne humeur communicative ; Et enfin l’ensemble dupersonnel du DCSD, pour avoir su rendre cette expérience aussi enrichissante qu’agréable à vivre.

3

TABLE DES MATIÈRES

Table des matières
Remerciements Introduction 1 Présentation et modélisation du problème 1.1 La piézo-électricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1 1.1.2 1.2 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Équationspiézo-électriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 11 11 11 13 14 15 16 18 18 23 23 23 24 24 24 25 26 26 27 27 28

Modèle dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 1.2.2 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modélisation de l’actionneur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3 1.4

Loi de commande . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Choix de l’architecture de l’asservissement . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Dispositif expérimental 2.1 Architecture mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 2.1.2 2.2 Contraintes globales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contraintes liées à l’actionneur . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Dimensionnement du banc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 2.2.2 2.2.3 Caractéristiques mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caractéristiques des capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caractéristiques de l’actionneur . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3

Architecture informatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1 2.3.2 2.3.3Architecture matérielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Architecture logicielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Algorithme d’acquisition - traitement . . . . . . . . . . . . . . . 5

TABLE DES MATIÈRES

3 Implémentation avec charge rigide 3.1 Modélisation du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3Gains de commande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Actionneur + charge rigide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Loi de commande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gain du translateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Essais boucle ouverte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Test des correcteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . Filtrage des mesures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Essais boucle fermée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31 31 31 32 32 34 34 34 39 41 42 49 63 63 63 65 65 65 66 74 77 78 83 83 83 85 86 87 88 89 90 93 6

Identification des principaux paramètres . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Commande en boucle fermée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .

4 Essais sur le système complet 4.1 Modélisation du système complet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 4.1.2 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2 Modèles S IMULINK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Valeurs des différents paramètres . . . . . . . . . . . . . . . . . Analyse modale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vérification sur le banc . . ....
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