Mécatronique 2 (MET2 Chapitre 1: Les applications...

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Mécatronique 2 (MET2)

Chapitre 1: Les applications des entraînementsréglés

Filière Génie électrique (EN, EM)Filière Microtechnique (MIC, MIM)

Prof. Michel ETIQUE

[email protected]

Haute Ecole d’Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud (HEIG-Vd)

Département des Technologies Industrielles (TIN)

institut d’Automatisation industrielle (iAi)Mécatronique 2 (MET2) – p. 1/55

http://www.iai.heig-vd.ch/~mee//cours/cours_er//chap_01//Figures/iai.pdf

http://www.heig-vd.ch

http://www.iai.heig-vd.ch

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Préambule

Mécatronique 2 (MET2) – p. 2/55


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Informations diverses

≈ 50% d’exercicesSimulation, analyse avec outils informatiques :

MATLABSysQuakeSciLab

Slides pdf + tableau2 travaux-écritsExamen de fin d’unité final (oral ou écrit)Cours conçu à l’origine pour la filière Génieélectrique (formation de jour)



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Forme informatique du cours

Cours, slides et exercices en formats html, pdf,source LATEX 2ε :

http://www.iai.heig-vd.ch/ mee/



http://www.iai.heig-vd.ch/~mee/

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Introduction



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Tentative de définition

Entraînements : dispositifs techniques permettant demettre en mouvement des masses, i.e. produisant desforces [N] et des couples [N · m] mécaniques.



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Tentative de définition

Entraînements : dispositifs techniques permettant demettre en mouvement des masses, i.e. produisant desforces [N] et des couples [N · m] mécaniques. Exemples :

table XY d’une machine-outilbroche d’une fraiseuseporte-outiltable XY d’un traceur (plotter)disque dur d’un ordinateurtapis roulantvéhiculemachine d’impression de journauxoutils d’un poste de travail automatisé



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Exemples

Machine d’impression

D é r o u l e u r E n r o u l e u r

M o t e u r s

A l i m e n t a t i o n

C a p t e u r s

B u s d e t e r r a i n G r o u p e s i m p r i m e u r sr e g i s t r a t i o n

c a m é r a

C o m m a n d ed ' a x e





f _ 0 1 _ d _ 0 2 _ 0 2 . e p sMécatronique 2 (MET2) – p. 7/55


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Exemples

Machines d’assemblage

1. Exemple 1

2. Exemple 2

3. Machine d’assemblage de moteurs(Photo moteurs)



http://www.iai.heig-vd.ch/~mee//cours/cours_er//chap_01/figures/machine1.pdf

http://www.iai.heig-vd.ch/~mee//cours/cours_er//chap_01/figures/machine2.pdf

http://www.iai.heig-vd.ch/~mee//cours/cours_er//chap_01/figures/assemblage_moteur.jpg

http://www.iai.heig-vd.ch/~mee//cours/cours_er//chap_01/figures/photo_moteurs.jpg

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Exemples

Machine d’impression d’étiquettes



http://www.iai.heig-vd.ch/~mee//cours/cours_er//chap_01//Figures/gallus_2.pdf


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Exemples








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Classification

Forme du mouvement : dépend de l’application

Entraînements non-réglés : aucun contrôle direct dumouvement (θ(t), ω(t), Tem(t), etc) (−→ commande enboucle ouverte)



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Classification

Forme du mouvement : dépend de l’application

Entraînements non-réglés : aucun contrôle direct dumouvement (θ(t), ω(t), Tem(t), etc) (−→ commande enboucle ouverte)

Entraînements réglés : le mouvement est supervisépendant son déroulement (commande en bouclefermée)

Possibilité de fonctionner dans une large gamme devitesses : entraînements à vitesse variable"servo-entraînements"Contrôle de mouvement = "motion control" Mécatronique 2 (MET2) – p. 8/55


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Les utilisateurs des entraînements

Machines-outils (tours, perceuses, fraiseuses, poinçonneuses, machinesd’électro-érosion, scies spéciales, rectifieuses, etc)



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Machines textiles (machines à coudre, à tisser, à tricoter)



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Machines d’imprimerie (centres d’impression de journaux, impression de billets debanque)



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Machines d’emballage, de mise sous pli



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Machine d’assemblage



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Robots (soudage, peinture, vissage, assemblage)



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Laminoirs



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Laminoirs

Chaînes de montage (convoyage, assemblage, vissage)



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Robot

e n t r a î n e m e n t s



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http://www.iai.heig-vd.ch/~mee//cours/cours_er//chap_01//Figures/38C-10.pdf

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Bol vibrant



http://www.iai.heig-vd.ch/~mee//cours/cours_er//chap_01//Figures/vibreur_2.pdf

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Machine de fabrication du papier



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Centre d’usinage

91 3

1 0

8

5

62

1

3

47

1 1

1 2

1 B â t i2 C o l o n n e3 B é l i e r4 T a b l e5 M a g a s i n à o u t i l s6 C h a n g e u r d ' o u t i l s7 E n t r a î n e m e n t a x e X8 E n t r a î n e m e n t a x e Y9 E n t r a î n e m e n t a x e Z1 0 E n t r a î n e m e n t b r o c h e1 1 C o n s o l e d e p r o g r a m m a t i o n1 2 C o n t r e p o i d s1 3 C a b i n e d e p r o t e c t i o n

X

Z

Y

X

Y

Z

f _ 0 1 _ a _ 1 4 . e p s



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Objectifs du cours

1. Les applications des entraînements électriques réglés



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Objectifs du cours

1. Les applications des entraînements électriques régléssystèmes maître - esclave, coordination d’axescontrôle du couplecomparaison des différents types d’entraînements

(électrique, hydraulique, pneumatique)éléments constitutifs d’un entraînement électrique

réglé



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Objectifs du cours


2. Les servo-entraînements électriques (3 chapitres)



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Objectifs du cours


2. Les servo-entraînements électriques (3 chapitres)présentation et comparaison des différents types

d’entraînements électriques (DC, DC brushless,synchrone auto-commuté, asynchrone)fonctionnement à vitesse variableperformances



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Objectifs du cours


2. Les servo-entraînements électriques (3 chapitres)

3. Dimensionnement d’un entraînement électrique(selon le temps disponible)

4. Régulation et automatisation(selon le temps disponible)



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Les applications des entraînements réglés



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Système multi-axes à coordination mécanique

Les besoins standards

G E A R 3 G E A R 2C A M 2

G E A R 1 A X I S 1

A X I S 2

A X I S 3

M A S T E R

f _ 0 1 _ b _ 0 1 _ a . e p s

Une machine de production industrielle estintrinsèquement liée à la mise en mouvement despièces/bouteilles/journaux/. . . àusiner/remplir/imprimer/. . . et des outils correspondants



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G E A R 1 A X I S 1

A X I S 2

A X I S 3

M A S T E R

f _ 0 1 _ b _ 0 1 _ a . e p s

un mouvement → un axe



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G E A R 1 A X I S 1

A X I S 2

A X I S 3

M A S T E R

f _ 0 1 _ b _ 0 1 _ a . e p s

les mouvements (i.e. axes) sont forcémentcoordonnés, liés par des lois cinématiques bien définies



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G E A R 1 A X I S 1

A X I S 2

A X I S 3

M A S T E R

f _ 0 1 _ b _ 0 1 _ a . e p s

mouvement de référence : maître



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G E A R 1 A X I S 1

A X I S 2

A X I S 3

M A S T E R

f _ 0 1 _ b _ 0 1 _ a . e p s

solution mécanique : bielles, cames, arbres, cardans,etc



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Limites de la coordination d’axes mécanique

Manque de flexibilité d’utilisation, rigidité de laconfiguration



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Faible rendement énergétique



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Nuisances (bruit, sécurité des personnes)



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Encombrement dû aux transmissions



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Charge mécanique complexe (jeu, élasticité, usure)



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Charge mécanique complexe (jeu, élasticité, usure)

Entretien fréquent (lubrification, remplacement decertains composants)



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Les nouvelles exigences

Flexibilité de la configuration de la machine, autorisantpar exemple le changement au vol du type de production("one piece flow")

Possibilité de faire des démarrages et arrêts contrôlés(vitesse et position), ainsi que des arrêts d’urgencecontrôlés en cas de défectuosité d’un des moteursd’entraînements ou de chute du réseau d’alimentation



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Modification de la cadence de travail (fonctionnement àplusieurs vitesses)Meilleures performances dynamiques (démarrage,

freinage)Rendement énergétique amélioré, approchant l’optimalConformité aux normes (sécurité, bruits, etc)Entretien réduitFiabilité et sécurité de fonctionnement accruesAugmentation des cadences de travail ainsi que de la

précisionMise en service rapide, en partie automatique



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Exemple : cames "logicielles" pour un système de remplissage à trois axes

A x e

M M M

m i n

m a x

m a x

A x e 1

0

m i n

m a xm i n

m a x

3 6 0

Positi

on axe

1

A x e 2 A x e 3

m i n

f _ 0 1 _ b _ 0 8 . e p s

G E N E R A T E U RD E C O N S I G N ED E L ' A R B R E M A Î T R E

C O N S I G N E D E P O S I T I O N D E L ' A R B R E M A Î T R E

Positi

on axe

2Po

sition

axe 3

A x eA x e A x e

C a m eC a m e C a m e



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Programmation des mouvements d’un système multi-axes

/*Pipes installation*/

Conv1 « « Gear1 « Master ;

Conv2 « Cam2 « Gear2 « Master ;

Conv3 « « Gear3 « Master ;

Condition (Conv1:

ready)

(Conv1:

ready)

(Conv1:

ready)

/*Run the system at 2 turn per second (for example)*/

Master <- run (720)



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Commande d’axe/drive/servo-commande

s e r v o - c o m m a n d e

s e r v o - m o t e u r ,y . c . c a p t e u r d e

p o s i t i o n o u d e v i t e s s e

c â b l e p u i s s a n c ec â b l e c a p t e u r

l i a i s o na v e c

l e m a î t r e

a l i m e n t a t i o n( r é s e a u ,

2 4 [ V D C ] , e t c )

e n t r a î n e m e n t

c â b l e p r o t e c t i o n t h e r m i q u e

f _ 0 1 _ a _ 0 9 . e p s

Chaque axe, i.e. chaque mouvement, est doté d’unentraînement dédié, comprenant forcément le moteur et sacommande



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Commande d’axe/drive/servo-commande

s e r v o - c o m m a n d e

s e r v o - m o t e u r ,y . c . c a p t e u r d e

p o s i t i o n o u d e v i t e s s e

c â b l e p u i s s a n c ec â b l e c a p t e u r

l i a i s o na v e c

l e m a î t r e

a l i m e n t a t i o n( r é s e a u ,

2 4 [ V D C ] , e t c )

e n t r a î n e m e n t

c â b l e p r o t e c t i o n t h e r m i q u e

f _ 0 1 _ a _ 0 9 . e p s

Version minimale :électronique de puissanceélectronique de commande et de réglage de l’étage de

puissanceun dispositif de communication avec le maître voire

avec les autres axesMécatronique 2 (MET2) – p. 21/55


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Système multi-axes

U t i l i s a t e u r ,c o m m a n d e h i é a r c h i q u e m e m e n t s u p é r i e u r e

G e s t i o n d e l ' é t a t d e l a m a c h i n e o u d ' u n e s e c t i o n d e l a m a c h i n e( p a r e x . A u t o m a t e p r o g r a m m a b l e )

C o o r d i n a t i o n d ' a x e s ( p a r e x . c o m m a n d e n u m é r i q u e )

A x e 1 A x e 2 A x e i

M a c h i n e o u s e c t i o n d e m a c h i n eE n t r é e s / s o r t i e s b i n a i r e s

C o n s i g n e s d e p o s i t i o n / v i t e s s e / c o u p l et r a n s m i s e s p a r b u s d e t e r r a i n r a p i d e

O r d r e s d e m o u v e m e n t s ,s é q u e n c e s d ' o p é r a t i o n s

f _ 0 1 _ a _ 1 1 . e p s



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Système multi-axes avec gestion générale assurée par un automate programmable

R S ± 4 2 2

F i g u r e 1 6 P A M w i t h S A M s y s t e m u n d e r C o n t r o l o f a P C / P L C H o s tMécatronique 2 (MET2) – p. 23/55


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LL L L LL L LL L L

l

S o c a p e l P A M

U n w i n d i n gU n i t

P r i n t i n gU n i t

S t a m p i n gU n i t

W i n d i n gU n i t

l

L o c a l P L CC A N B u s

F i b e r O p t i c F i e l d b u s

L o c a l P L C L o c a l P L C L o c a l P L C

I / O I / O I / O I / O

F i g u r e 2 4 L a b e l P r i n t i n g M a c h i n e S c h e m a t i c D i a g r a mMécatronique 2 (MET2) – p. 24/55


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Régulation cascade de position/vitesse

w x

y x

S-

G c x ( s )

G m x ( s )

R é g u l a t e u rd e v i t e s s e + c o u r a n t( d a n s c o m m a n d e

d ' a x e )

R é g u l a t e u rd e p o s i t i o n

( d a n s c o m m a n d en u m é r i q u e )

w c

x

Générat

eur d

e consig

nes

(inter

polateur, c

oordi

nateu

r d'ax

es)

f _ 0 1 _ d _ 0 3 . e p s

C o n s i g n e d e v i t e s s et r a n s m i s e p a r l i a i s o n + / - 1 0 [ V ]

o u p a r b u s d e t e r r a i n

é c ro u

v i sx

é c r o uv i s

y

écrou

vis

zw y

y y

S-

G c y ( s )

G m y ( s )

w c

y

w z

y z

S-

G c z ( s )

G m z ( s )

w c

z

C o n s i g n e d e p o s i t i o np o u r l ' a x e X

C o n s i g n e d e p o s i t i o np o u r l ' a x e Y

C o n s i g n e d e p o s i t i o np o u r l ' a x e Z

a x e X

a x e Y

a x e Z



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Régulation cascade de position/vitesse

S-

i a

i a m

u u a K TG a i 1 ( s )G c i ( s )

G m i ( s )

S

T r e s

w-T e m

u 2 ( t ) = i a c ( t )c o n s i g n ed e c o u r a n t

y w

A s s e r v i s s e m e n td e c o u r a n t / c o u p l e C h a r g e

m é c a n i q u e

C a p t e u r d ev i t e s s e

S-

w wc o n s i g n ed e v i t e s s e

G a i 2 ( s )

A s s e r v i s s e m e n td e v i t e s s e

R é g u l a t e u rd e v i t e s s e

G c w ( s )

G m w ( s )

G a w ( s )

G w i ( s )

R é g u l a t e u rd e c o u r a n t

C a p t e u r d ec o u r a n t

C h a r g em é c a n i q u eG a x ( s )

C a p t e u r d ep o s i t i o n

G m x ( s )

xS

-w xc o n s i g n ed e p o s i t i o n

R é g u l a t e u rd e p o s i t i o n

G c q ( s )

G w w ( s )

y xg r a n d e u rr é g l é e

A s s e r v i s s e m e n td e p o s i t i o n

f _ 0 1 _ d _ 0 4 . e p s

G w q ( s )



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Pyramide d’automatisation

N i v e a u d ' e x p l o i t a t i o n

N i v e a u d e c o n d u i t eN i v e a u s y s t è m e s( c e l l u l e )1 [ k b i t ] - 1 [ M B y t e s ] , 1 - 1 0 [ s ]

N i v e a u c o m m a n d e si n d u s t r i e l l e s1 0 - 5 0 0 [ B y t e s ] , 1 - 1 0 [ m s ]

N i v e a u c a p t e u r se t a c t i o n n e u r s1 - 8 [ B y t e s ] , 5 - 1 0 0 [ m s ]

O r d i n a t e u r d ' e x p l o i t a t i o n ,G P A O , C A O , F A O

O r d i n a t e u r p i l o t e s p é c i f i q u ea u x d o m a i n e s d ' a p p l i c a t i o n

O r d i n a t e u r d e c o n t r ô l e e td e c o m m a n d e d e m a c h i n e s

A u t o m a t e s ( A P I ) , c o o r d i n a t e u rd ' a x e s , s y s t è m e s d e m e s u r e

C a p t e u r s , a c t i o n n e u r s ,c o m m a n d e s d ' a x e s f _ 0 1 _ a _ 0 1 . e p s



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Mouvement bang bang

0 0.5 1 1.50

0.5

1

θ

Déplacement élémentaire de position angulaire de 1 [rad]

0 0.5 1 1.50

0.5

1

1.5

ω

0 0.5 1 1.5−4

−2

0

2

4

t [s]

α

f_demo_bb_1.eps Mécatronique 2 (MET2) – p. 27/55


JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Mouvement bang bang

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.80

0.5

1

θ

Déplacement élémentaire de position angulaire de 1 [rad]

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.80

0.2

0.4

0.6

0.8

ω

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8−4

−2

0

2

4

t [s]

α

f_demo_bb_2.eps Mécatronique 2 (MET2) – p. 28/55


JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Réponse harmonique d’un arbre de transmission mécanique

100

101

102

103

−180

−160

−140

−120

−100

−80

−60

−40

−20

0

ω [rad/s]

Gain de la fonction de transfert entre le couple mécanique et la vitesse de la charge

f_oscmec_2.eps Mécatronique 2 (MET2) – p. 29/55


JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Réponse harmonique d’un arbre de transmission mécanique rigide

Couple −→ vitesse

J ·

dω

dt= Tem(t) − Rf · ω(t)

Ga(s) =Ω(s)

Tem(s)=

1

Rf

1 + s ·

JRf

Ga(j · ω) =Ω(j · ω)

Tem(j · ω)=

1

Rf

1 + j · ω ·

JRf

Couple −→ position

Gaθ(s) =Θ(s)

Tem(s)=

1

Rf

s·

1“

1 + s ·

JRf

”

Gaθ(j · ω) =Θ(j · ω)

Tem(j · ω)=

1

Rf

j · ω·

1“

1 + j · ω ·

JRf

”



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Schéma technologique d’un système mécanique flexible

q 1 ( t )T e m ( t ) q 2 ( t )

r o t o r c h a r g e

r i g i d i t é d e l ' a r b r ed e t r a n s m i s s i o n :

k [ N m / r a d ]f _ 0 1 _ c _ 0 3 . e p s

J 1

J 2



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Fonction de réponse fréquentielle d’un arbre flexible

10−1

100

101

102

103

−120

−110

−100

−90

−80

−70

−60

−50

Diagrammes de Bode de GARMAX

(ejω h), YN

(ω)/UN

(ω)

10−1

100

101

102

103

−200

−100

0

100

200

f [Hz]

G(ejω h)Y

N(ω)/U

N(ω)|

f_lse_m_03_8c.eps Mécatronique 2 (MET2) – p. 32/55


JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Caractéristiques de frottement

C o u p l e d ef r o t t e m e n t

V i t e s s e0

C o u p l e d ef r o t t e m e n t

V i t e s s e0

F r o t t e m e n t s e c p u r S t i c k s l i p f _ 0 1 _ a _ 0 3 . e p s



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Effet du frottement sec

−1.5 −1 −0.5 0 0.5 1 1.5−1.5

−1

−0.5

0

0.5

1

1.5

wx, yx [rad]

wy,

yy

[rad

]

Cercles de consigne et de grandeur réglée

f_ex_04_3.eps



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Couples nécessaires à l’entraînement de diverses charges

C o u p l e

V i t e s s e

C o u p l e c o n s t a n t

C o u p l e c o n s t a n t

P u i s s a n c e c o n s t a n t e

C o u p l e p r o p o r t i o n n e la u c a r r é d e l a v i t e s s e

P o m p e e tv e n t i l a t e u r s

C o n v o y e u r s

T r a c t i o n e tb r o c h e s

f _ 0 1 _ a _ 0 2 . e p s0



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Les 4 quadrants de fonctionnement

w

T e m

0

T e mw

T e m

w

T e m

w

T e m

w

12

3 4 f _ 0 1 _ a _ 0 3 . e p s



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Modélisation de la dynamique du couple

T e m c T e m [ N m ]G w T ( s )C o n s i g n ed e c o u p l e( c o u p l e s o u h a i t é )

C o u p l e e f f e c t i f( c o u p l e p r o d u i tp a r l ' e n t r a î n e m e n t )F o n c t i o n d e t r a n s f e r t

c o n n u ef _ 0 1 _ a _ 1 0 _ a . e p s



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Modélisation de la dynamique du couple

T e m c T e m [ N m ]G w T ( s )C o n s i g n ed e c o u p l e( c o u p l e s o u h a i t é )

C o u p l e e f f e c t i f( c o u p l e p r o d u i tp a r l ' e n t r a î n e m e n t )F o n c t i o n d e t r a n s f e r t

c o n n u ef _ 0 1 _ a _ 1 0 _ a . e p s

T e m c T e m [ N m ]K w Tf _ 0 1 _ a _ 1 0 _ b . e p s



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Synchronisation des cycles de travail des axes

z−1z

zz−1

zz−1

Σ-

Gc(z) H(z) y[k]-

∆θc[k]θc[k] θc1[k]

θc2[k]

Maître

h1 = 125 [µs]Axe n

o1

h1 = 125 [µs]

Axe no2

h2 =101

100·h1



http://www.iai.heig-vd.ch/~mee//cours/cours_er//chap_01//Figures/synchro_1_0.pdf

JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle


z−1z

zz−1

zz−1

Σ-

Gc(z) H(z) y[k]-


θc2[k]

Maître

h1 = 125 [µs]Axe n

o1

h1 = 125 [µs]

Axe no2

h2 =101

100·h1

θc1(k) = θc1(k − 1) + ∆θc(k)




JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle


z−1z

zz−1

zz−1

Σ-

Gc(z) H(z) y[k]-


θc2[k]

Maître

h1 = 125 [µs]Axe n

o1

h1 = 125 [µs]

Axe no2

h2 =101

100·h1

θc1(k) = θc1(k − 1) + ∆θc(k)

θc2(k) = θc2(k − 1) + ∆θc(k)Mécatronique 2 (MET2) – p. 38/55



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle


0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.030

0.01

0.02

0.03

θ c, θc1

, θc2 θ

cθ

c1θ

c2

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.030

1

2

x 10−4

θ c−θ c1

,θc−

θ c2

0 0.125 0.25 0.375 0.5 0.625 0.75 0.875 1 1.125 1.25 1.375 1.5

x 10−3

0

1

2x 10

−3

θ c, θc1

, θc2 θ

cθ

c1θ

c2

0 0.125 0.25 0.375 0.5 0.625 0.75 0.875 1 1.125 1.25 1.375 1.5

x 10−3

0

1

2

3x 10

−4

θ c−θ c1

,θc−

θ c2

t [s]

f_synchro_07_ini_4.eps



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle


0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.030

0.01

0.02

0.03

θ c, θc1

, θc2 θ

cθ

c1θ

c2

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.030

1

2

x 10−4

θ c−θ c1

,θc−

θ c2 θc−θ

c1θ

c−θ

c2

0.0119 0.012 0.0121 0.0123 0.0124 0.0125 0.0126 0.0127 0.0129 0.013 0.01310.011

0.012

0.013

0.014

θ c, θc1

, θc2 θ

cθ

c1θ

c2

0.0119 0.012 0.0121 0.0123 0.0124 0.0125 0.0126 0.0127 0.0129 0.013 0.01310

1

2

3x 10

−4

θ c−θ c1

,θc−

θ c2

t [s]




JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle


1 1

1

Σ-

Σ

+

+ Kp

(1 − z−1) · Td

h

Régulateur PD

H(z)

Σ-

Σ

+

+ Kp

(1 − z−1) · Td

h

Régulateur PD

H(z)

θc[k]θc[k] θc1[k]

θc2[k]

Maître

h1 = 125 [µs]Axe n

o1

h1 = 125 [µs]

Axe no2

h2 =101

100·h1




JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle


0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.030

0.01

0.02

0.03

θ c1, θ

m1, θ

c2, θ

m2

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.030

0.5

1

1.5x 10

−4

θ c1−

θ c2

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.030

2

x 10−4

θ m1−

θ m2

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03−0.2

0

0.2

ω1−

ω2

t [s]




J

I

A

i

iutomatisation

n s t i t u t d '

n d u s t r i e l l e

Synchronisation

descycles

detravaildes

axes

L e c t u r e e t t r a i t e m e n t d u r é s u l t a td e l a c o n v e r s i o n A / D ( = > y ( k ) )

E x é c u t i o n d e l ' a l g o r i t h m e d er é g u l a t i o n = > u ( k ) = f ( w ( k ) , w ( k - 1 ) , . . . , y ( k ) , y ( k - 1 ) , . . . ) )

L a n c e m e n t d ' u n e c o n v e r s i o n D / Ad e l a c o m m a n d e u ( k ) = > u ( t )

M i s e s à j o u r , l e c t u r e d e l ap r o c h a i n e c o n s i g n e w ( k + 1 )

kk+1

h

TconvAD

TconvDA

Tcalcul

L a n c e m e n t d ' u n e c o n v e r s i o n A / Dd e l a g r a n d e u r r é g l é e y ( t )

L a n c e m e n t d ' u n e c o n v e r s i o n A / Dd e l a g r a n d e u r r é g l é e y ( t )

t

kk+1

t

Fenêtre de dialoguepour la transmissionde la prochaine consigne

e t c

i n t e r ru p t i o n

Signal d'horloge(base de tempspour définir h)

f_01_a_18.eps

Mécatronique

2(MET2

)–

p.39/55


JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle


1 1θc[k]θc[k] θc1[k]

Maître

h1 = 125 [µs]Axe n

o1

h1 = 125 [µs]

jitter=25 [µs]

Σ-

Σ

+

+ Kp

(1 − z−1) · Td

h

Régulateur PD

H(z)



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle


0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.10.04

0.06

0.08

0.1

θ c, θm

θc

θm

0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.12.5

3

3.5

4x 10

−4

θ c−θ m

0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.1−0.02

0

0.02

e ω

0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.1−2

0

2x 10

−5

jitte

r

t [s]




JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle


0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.10.04

0.06

0.08

0.1

θ c, θm

θc

θm

0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.12

4

6x 10

−4

θ c−θ m

0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.1−0.05

0

0.05

e ω

0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.10

1

2

3x 10

−5

jitte

r

t [s]

f_synchro_05_ini_2_7.eps



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Technologies d’entraînement

entraînements hydrauliquesentraînements pneumatiquesentraînements électriques



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Technologies d’entraînement

entraînements hydrauliquesentraînements pneumatiquesentraînements électriques

Entraînements électriques :à courant continu ("DC" à collecteur àexcitation séparée)synchrones auto-commutés ("AC" et "DC" àaimants permanents)asynchrones ("AC", à cage)



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Caractéristique force (ou couple) - vitesse pour plusieurstechnologies d’entraînement

f o r c e

v i t e s s e

h y d r a u l i q u e

p n e u m a t i q u e

é l e c t r i q u e

f _ 0 1 _ a _ 0 5 . e p s

0



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle


systèmes hydrauliques

whydraulique = p ≈ 400 [bar] = 4 · 107

[

Jm3

]



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle


systèmes hydrauliques

whydraulique = p ≈ 400 [bar] = 4 · 107

[

Jm3

]

systèmes électromagnétiques :

wmagnétique =1

2· B · H =

1

2·B2

µ0

=1

2·

1 [T]2

0.4 · π · 10−6[

V·sA·m

] ≈ 4 · 105

[

Jm3

]



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Caractéristique générale prix, complexité en fonction desperformances

p r i xe tc o m p l e x i t é

p e r f o r m a n c e s

h y d r a u l i q u e

p n e u m a t i q u e

é l e c t r i q u e

f _ 0 1 _ a _ 0 6 . e p s



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Transmission mécanique à rapport de réduction variable



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Les différents composants d’un entraînement électrique réglé

M

TRANSFO

RMATEU

R

RED

RESSEU

R

FILTRE

R E S E A U A C

ONDULEU

R OU VARIA

TEUR

DE C

OURANT C

ONTIN

U

CAPTEU

R DE C

OURANT

MOTEU

R

CAPTEU

R DE PO

SITION

E

6 o u 4

C O M M A N D ED ' A X EC O O R D I N A T E U R

D ' A X E S

o u D C

o u 1

A u x a u t r e s c o m m a n d e s d ' a x e s

CHARGE M

ECANIQ

UE

CAPTEU

R DE PO

SITION

EN BOUT D

'ARBRE

TRANSM

ISSION M

ECANIQ

UE

E

A U T O M A T EP R O G R A M M A B L E

B U S D ET E R R A I N

f _ 0 1 _ a _ 0 7 . e p s



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Transmission

But :vitessecouplemouvementrésolution



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Transmission

But :vitessecouplemouvementrésolution

Réalisation :réducteurvis sans fin, vis à billescourroie et pouliecame



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Transmission rotatif/linéaire avec vis à billes et écrou

é c r o u v i s

x

f _ 0 1 _ c _ 0 1 . e p s



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Transmission rotatif/linéaire avec vis à billes et écrou



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle

Système d’entraînement réglé

la mécanique (principe de construction, transmissions,simulation par éléments finis, constructions rigides etlinéaires, cinématique, thermique)



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle



la régulation automatique (régulateurs auto-adaptatifs,robustes, par mode de glissement, procédésd’auto-tuning et d’identification, algorithmesparticuliers de poursuite de consigne)



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

trie

lle



la régulation automatique (régulateurs auto-adaptatifs,robustes, par mode de glissement, procédésd’auto-tuning et d’identification, algorithmesparticuliers de poursuite de consigne)

les machines électriques et leur mode de commande(courant continu, synchrone y.c. pas-à-pas et réluctant,asynchrone à commande vectorielle, technologie desaimants permanents)



JI

Ai iu

tom

atisa

tio

n

ns

tit

ut

d

'

nd

us

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lle


l’électronique de puissance et l’électroniqueindustrielle (variateurs de courant, convertisseurs defréquence, convertisseurs résonants, circuits decommande, filtrage actif)



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l’informatique industrielle (systèmes temps réel,multitraitement, interfaces graphiques, compilateurs)



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l’informatique industrielle (systèmes temps réel,multitraitement, interfaces graphiques, compilateurs)

les systèmes de mesures (capteurs de position de typecodeur incrémental ou resolver, systèmes demultiplication de résolution, conversion A/D et D/A)



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la téléinformatique (bus de terrain : CAN, Interbus,SERCOS, FIP, Profibus, ASI, etc)



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l’électronique numérique et analogique (processeursde signaux "DSP", microcontrôleurs, ASICs, FPGAs,conditionnement du signal, compatibilitéélectromagnétique)



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l’électronique numérique et analogique (processeursde signaux "DSP", microcontrôleurs, ASICs, FPGAs,conditionnement du signal, compatibilitéélectromagnétique)

la microélectronique (cicuits spécialisés pour lacommande de moteurs et le traitements des capteurs)



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les installations électriques (sécurité, armoires decommande)



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les installations électriques (sécurité, armoires decommande)

le traitement de signal (filtrage analogique etnumérique, analyse harmonique)



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Technologies d’entraînement électrique

http ://www.bolton.ac.uk/technology/mind/paderborn/motors/



http://www.bolton.ac.uk/technology/mind/paderborn/motors/

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Répartition des types d’entraînements électriques

A C t r i p h a s é4 5 %

D C b r u s h l e s s1 6 %

p a s à p a s4 . 5 %

D C à c o l l e c t e u r3 5 %

R é p a r t i t i o n d u m a r c h é d e s e n t r a î n e m e n t s é l e c t r i q u e s r é g l é sa u x U S A e n 1 9 9 5 p a r t y p e d e m o t e u r f _ 0 1 _ a _ 1 2 . e p s

A C t r i p h a s é5 3 %

D C b r u s h l e s s2 1 %

p a s à p a s4 . 5 %

D C à c o l l e c t e u r2 3 %

R é p a r t i t i o n d u m a r c h é d e s e n t r a î n e m e n t s é l e c t r i q u e s r é g l é sa u x U S A e n 2 0 0 0 p a r t y p e d e m o t e u r f _ 0 1 _ a _ 1 3 . e p s



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Entraînement intégré



Mécatronique 2 (MET2 Chapitre 1: Les applications...

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