MACHA : banc d’essais pour la commande et la surveillance d’un système mécanique

1. MACHA : banc d’essais pour la commande et la surveillance d’un système mécanique MACHA = Mécanisme Avec Chariot M. Vergé LMSP ENSAM 151 Bd de l’hôpital 75013 Paris Michel.verge@paris.ensam.fr Macha, Journée S3, Janvier 2007

2. I. Photos Point A Point A Point B Moteur Macha, Journée S3, Janvier 2007

3. Photos Courroie Réducteur Moteur Parvex Frein Macha, Journée S3, Janvier 2007

4. Photos Chariot Capteur magnétostrictif Aimant Liaison glissière Macha, Journée S3, Janvier 2007

5. II. Modèles Configuration à 1, 2 ou 3 ddl 1 dll : 1seul moteur et le seul angle d’inclinaison de la poutre. 2 dll : moteur droit. Point A fixe. q= position chariot et angle d’inclinaison de la poutre 2dll : deux moteurs, mais chariot bloqué. 3 dll : deux moteurs. q= position chariot et position point A et position point B Importance du frottement sec, car le chariot n’a pas d’actionneur. Macha, Journée S3, Janvier 2007

6. L B h x G5 L1 F2  G3 A d X0 • 2.1 Notations Macha, Journée S3, Janvier 2007

7. Macha, Journée S3, Janvier 2007

8. 2.2 Modèle complet à 3 dll. • Soit par Bond Graph, soit par Lagrange. Avec : F1 = 1.7*57.4 U1 Hypothèse : aucun couple créé par les glissières en A et B Macha, Journée S3, Janvier 2007

9. h négligé, modèle obtenu par BG Macha, Journée S3, Janvier 2007

10. Modèle BG Macha, Journée S3, Janvier 2007

11. Commentaires • Modèle non linéaire. • Géométrie différentielle applicable si frottement est considéré visqueux. • Plusieurs lois de commande applicables: • Commande par bouclage linéarisant: très bon en simulation mais peu robuste en expérimentation. • Commande quadratique (sans observateur). Macha, Journée S3, Janvier 2007

12. 2.2 Exemple de commande : quadratique Vecteur d’état étendu : l’erreur statique dépend du frottement sec considéré comme incertitude. Macha, Journée S3, Janvier 2007

13. Commande quadratique. Consigne : déplacer le chariot de 0.5 m. Comparaison simulations expériences. Note : le frottement sec provoque des oscillations et une légère erreur statique. Macha, Journée S3, Janvier 2007

14. 2.3 Modèle 2 ddl point A fixe, un seul moteur : h = 0.10 m. Plusieurs lois de commande, mais difficulté car aucun actionneur sur la composante x5 (notée x ici). Nous avons testé la commande par modes glissants, et la commande adaptative où l’on identifie le frottement sec. Macha, Journée S3, Janvier 2007

15. Commandepar mode glissants Dans la commande par modes glissants , le frottement sec est considéré comme l’incertitude. Soumis à : 15th Mediterranean Conference and Control Med’07 Commande Avec : Macha, Journée S3, Janvier 2007

16. Commandepar mode glissants Résultats, essai réel Erreur statique = 1.5 cm Rotation : chattering et bruits Macha, Journée S3, Janvier 2007

17. Commandepar mode glissants Macha, Journée S3, Janvier 2007

18. 2.4 Modèle 2dll, chariot bloqué, deux moteurs. Géométrie différentielle applicable. Bons résultats, sans erreur statique. Macha, Journée S3, Janvier 2007

19. Commande par bouclage linéarisant Structure de commande à 2 niveaux régulateur externe de type RST sur 2 systèmes découplés bouclage linéarisant effectuant le découplage Macha, Journée S3, Janvier 2007

20. Commande par bouclage linéarisant Bouclage linéarisant Macha, Journée S3, Janvier 2007

21. Commande par bouclage linéarisant Expérimentation. Consigne : faire pivoter sans modifier le cdg G3. Imacs Juillet 2005 Macha, Journée S3, Janvier 2007

22. Film: faire pivoter et déplacer le cdg G3 Macha, Journée S3, Janvier 2007

23. 2.5 Modèle du frottement sec. Modèle retenu, frottement sec (IFAC Prague Juillet 2005) u = vitesse linéaire Identification par algorithmes génétiques Macha, Journée S3, Janvier 2007

24. Frottement sec du chariot Macha, Journée S3, Janvier 2007

25. Frottement sec sur la glissière en B Macha, Journée S3, Janvier 2007

26. Conclusions • Bancs d’essais modulaire, modèle satisfaisant. • Expérimentation simplifiée grâce à Simulink, Dspace. • Plusieurs étudiants ont utilisé ce banc d’essais et ils ont réalisé et expérimenté des commandes. • Faiblesse des observateurs d’état. • Bonne concordance simulation expérimentation • Niveau de bruit non négligeable. Macha, Journée S3, Janvier 2007

27. Perspectives Travail à faire • Surveillance des capteurs • Redondance de capteur de déplacement vertical. • Qualité des modèles, mais attention à celui du frottement • Surveillance des moteurs. • Surveillance du frottement sec. • Difficulté de réaliser un défaut réel Macha, Journée S3, Janvier 2007

28. Bibliographie M. VERGÉ Friction identification with genetics algorithms. IFAC World Congress Praha Juillet 2005 M. VERGÉ Non linear control of a laboratory test bed. IMACS World Congress, Paris Juillet 2005 M. VERGÉ Modélisation pour l’ingénieur, approche par Bond Graph. Congrès Européen des Sciences et Systèmes, Paris Septembre 2005 Macha, Journée S3, Janvier 2007

29. Merci ! Macha, Journée S3, Janvier 2007