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Présentation du produit didactique Control'X Control'X Présentation du produit

Présentation du produit didactique Control'X Control'X Présentation du produit didactique Ctrl + clic pour suivre un lien Du produit réel au produit didactique Page 2 Présentation de la chaîne asservie Page 6 Chaîne fonctionnelle Page 11 Diagrammes SysML de Control'X Page 12 Les écarts autour de Control'X Page 16 Aéroparc Saint Martin – 12 rue de Caulet – Bat C03 – 31300 TOULOUSE – France Tél : + 33 (0)5 62 88 72 72 – Fax : + 33 (0)5 62 88 72 79 Site internet : www.dmseducation.com – E-mail : infos@dmseducation.com 1/16 Présentation du produit didactique Control'X Du produit réel au produit didactique Ctrl + clic pour revenir au sommaire Portique 3 axes Schneider MaxR Control'X L'axe linéaire étudié ici est utilisé dans l'industrie pour réaliser des opérations de "pick and place". Il s'agit d'opérations au cours desquelles une pièce doit être positionnée avec rapidité et précision d'un poste à un autre. Dans ce contexte d'utilisation, la particularité mécanique de Control'X tient au fait que les efforts extérieurs exercés sur l'axe sont nuls : le moteur sert uniquement à vaincre les efforts inertiels et les résistances passives internes au mécanisme. Le moteur est souvent en prise directe avec la poulie motrice ou, s'il y a un réducteur, le rapport de réduction est généralement faible. L'axe linéaire commercialisé par DMS est une version didactique de l'axe industriel commercialisé par l'industriel Schneider. Il est en tout point identique à celui utilisé dans l'industrie en ce qui concerne sa partie mécanique : réducteur, poulies-courroie, chariot, guidages. Schneider, ne commercialise plus de moteur à courant continu à balais mais seulement des moteurs à courant continu sans balais. Ces moteurs brushless sont dans l'industrie en train de supplanter les moteurs à balais. Ils sont pilotés par des variateurs de vitesse spécifiques (série Lexium chez Schneider). Dans ces technologies brushless, le couple {variateur + moteur} n'est guère dissociable. Pour des questions de performance, chaque composant est en effet conçu de façon interdépendante. Les variateurs de vitesse de chez Schneider, s'ils sont très perfectionnés, ne se prêtent pas tellement à une utilisation pédagogique, notamment dans le cadre des programmes de sciences industrielle pour l'ingénieur des classes préparatoires aux grandes écoles. Aéroparc Saint Martin – 12 rue de Caulet – Bat C03 – 31300 TOULOUSE – France Tél : + 33 (0)5 62 88 72 72 – Fax : + 33 (0)5 62 88 72 79 Site internet : www.dmseducation.com – E-mail : infos@dmseducation.com 2/16 Présentation du produit didactique Control'X En effet, ces variateurs embarquent des boucles internes (courant, vitesse, position parfois) avec un correcteur spécifique, des fréquences d'échantillonnage spécifiques, des saturations spécifiques pour chacune des boucles. Les sécurités mises en place sont très nombreuses : on rencontre souvent des seuils d'intensité programmable, des rampes de vitesse, des protections thermiques évoluées… Les algorithmes mis en œuvre sont fortement non linéaire et rarement documentés de façon exhaustive. Chaque algorithme faisant partie de la recette métier de l'industriel, les différentes fonctions sont exposées mais les données qui y sont relatives ne sont pas communiquées (algorithmes précis de pilotage, gains des correcteurs utilisés par exemple…) Variateur Schneider Lexium LXM 32 C + Moteur brushless BMH0702 L'industriel qui achète un axe recherche avant tout un produit performant et n'est pas forcément intéressé par toutes les finesses du fonctionnement interne du couple {variateur + moteur}. A un niveau pédagogique, c'est presque l'inverse, on cherche avant tout à savoir ce qui est fait, ce qui se cache au niveau des algorithmes de pilotage. Un variateur trop évolué comme ceux de chez Schneider, ne peut être vu que comme une "boite noire". Les possibilités de modélisation du couple {variateur + moteur} s'en trouvent fortement affectées. La modélisation sous forme d'un modèle de connaissance notamment n'est tout simplement guère envisageable. Pour des raisons pédagogiques, DMS a fait le choix d'utiliser un moteur à courant continu à balais et s'est tourné vers le constructeur japonais Sanyo Denki pour l'excellente qualité de ses moteurs (conçus et fabriqués au Japon). Leurs fiches techniques sont très bien documentées ce qui représente un avantage non négligeable lorsqu'il s'agira de mettre en place des modèles de connaissance. Aéroparc Saint Martin – 12 rue de Caulet – Bat C03 – 31300 TOULOUSE – France Tél : + 33 (0)5 62 88 72 72 – Fax : + 33 (0)5 62 88 72 79 Site internet : www.dmseducation.com – E-mail : infos@dmseducation.com 3/16 Présentation du produit didactique Control'X Le moteur est alimenté non pas par un variateur de chez Sanyo pour les mêmes raisons que celles déjà évoquées avec Schneider : variateur très performant mais de type "boite noire" en ce qui concerne son fonctionnement et donc sa modélisation. Variateur Sanyo + Moteur Dans le cas d'un moteur à balais, le couple {variateur + moteur} ne forme plus forcément un couple indissociable et c'est un variateur du fabricant suisse Maxon qui est utilisé. Ce variateur que Maxon nomme un servo-variateur est architecturé de façon à autoriser un bouclage interne en courant et/ou en vitesse (d'où le nom servo-contrôleur). Il est cependant réglé ici simplement en amplificateur de tension de gain pur. Le gros avantage de ce variateur est que son mode de fonctionnement est entièrement paramétrable ainsi que toutes les sécurités qu'il embarque. Sa modélisation pourra alors se faire dans de bonnes conditions. Variateur Maxon Sur la version didactique, de nombreux capteurs ont été ajoutés mais le seul indispensable à l'asservissement de l'axe dans son contexte d'origine est le codeur incrémental monté en bout d'arbre moteur. Notamment, la règle magnétique qui permet de mesurer directement la position du chariot est mise en place uniquement pour des raisons pédagogiques. On pourrait se demander en effet pourquoi Control'X est asservi en position linéaire sur la base d'une mesure de position angulaire de l'arbre de son moteur alors qu'une règle magnétique est présente sur le chariot. Aéroparc Saint Martin – 12 rue de Caulet – Bat C03 – 31300 TOULOUSE – France Tél : + 33 (0)5 62 88 72 72 – Fax : + 33 (0)5 62 88 72 79 Site internet : www.dmseducation.com – E-mail : infos@dmseducation.com 4/16 Présentation du produit didactique Control'X La règle magnétique permettra d'estimer les défauts de positionnement liés notamment à la déformabilité de la courroie et au jeu du réducteur. Elle permettra de caractériser la transformation géométrique de la chaîne de transmission de puissance. Parmi les capteurs présents pour des raisons pédagogiques, on trouve : • Capteur de tension en sortie de carte de commande (entrée de variateur) • Capteur de tension moteur • Capteur d'intensité moteur • Génératrice tachymétrique montée en bout d'arbre moteur • Capteur d'efforts exercés sur le chariot • Règle magnétique • Capteur de tension pour signaux optionnels (codeur supplémentaire, accéléromètre, capteur de distance infrarouge) Enfin dans sa version didactique, la partie logicielle n'est pas celle utilisée initialement par l'industriel qui généralement dispose d'un logiciel propriétaire développé spécifiquement pour une application. Chariot Moteur + encodeur + génératrice tachymétrique Réducteur à train épicycloïdal Règle magnétique Capteur d'effort (pour mesurer l'intensité des perturbations) Alimentation de puissance Alimentation de commande Variateur de vitesse Carte de conditionnement des signaux Pupitre Fins de course Relais de sécurité Condensateur tampon Interrupteur "Capot ouvert" Joystick 2 axes Connecteurs optionnels Capteur de distance infrarouge Poulie pour exercer des efforts résistants (option) Aéroparc Saint Martin – 12 rue de Caulet – Bat C03 – 31300 TOULOUSE – France Tél : + 33 (0)5 62 88 72 72 – Fax : + 33 (0)5 62 88 72 79 Site internet : www.dmseducation.com – E-mail : infos@dmseducation.com 5/16 Présentation du produit didactique Control'X Présentation de la chaîne asservie Ctrl + clic pour revenir au sommaire Les schémas ci-après présentent l'architecture de Control'X : Control'X est un axe linéaire asservi en position. Il repose principalement sur les éléments matériels suivants :  Un PC qui fait tourner un logiciel de commande d'axe nommé Control'Drive  Une carte de commande  Une carte de puissance  L'axe proprement dit : moteur, réducteur, poulies-courroie, chariot et codeur incrémental Aéroparc Saint Martin – 12 rue de Caulet – Bat C03 – 31300 TOULOUSE – France Tél : + 33 (0)5 62 88 72 72 – Fax : + 33 (0)5 62 88 72 79 Site internet : www.dmseducation.com – E-mail : infos@dmseducation.com 6/16 Présentation du produit didactique Control'X NRJ Ordinateur xc(t) m(t) u(t) ε2(t) a(t),b(t) ε3(t) Carte de commande Carte de puissance 6 0 5 α(t) 4 3 y  z 1 x   ext ext F F .x = −    θ(t),ω(t) y  R1, Z1 R0, Z0 (t) α  (t) θ  A B C F I1 D x(t) x   z y  I2 J1 J4 J2 J3 Cm(t) R R E D E g g.z = −   A I1 I2 F C Accouplement élastique non représenté R2, Z2 B 2 Satellite ramené dans le plan de la figure Organisation générale Aéroparc Saint Martin – 12 rue de Caulet – Bat C03 – 31300 TOULOUSE – France Tél : + uploads/Industriel/ 3-presentation-du-produit-didactique.pdf