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1 ECOLE NATIONALE SUPERIEURE D’ELECTRICITE ET DE MECANIQUE DE NANCY PREMIERE AN

1 ECOLE NATIONALE SUPERIEURE D’ELECTRICITE ET DE MECANIQUE DE NANCY PREMIERE ANNEE – Formation ISN Année universitaire 2014-2015 Responsable du module : Samia MAZA 2 3 ENSEM ISN-1A TRAVAUX PRATIQUES D’AUTOMATIQUE INTITULES ET OBJECTIFS T.P. 1 LOGIQUE FLOUE ET AUTOMATIQUE Découvrir à travers l’utilisation de la logique floue quelques notions de base de l’automatique T.P. 2 REGULATION D’UN PONT ROULANT Modélisation sous forme d’équation d’état et étude de la commandabilité et de l’observabilité du modèle obtenu. Synthèse d’un observateur et commande par retour d’état avec placement de pôle T.P. 3 COMMANDE D’UN SYSTEME MULTIVARIABLE : MAQUETTE D’HELICOPTERE Linéarisation directe d’un modèle d’état sous simulink. Synthèse d’un correcteur par retour d’état avec observateur d’un modèle augmenté. Transfert sur la maquette. T.P. 4 SYNTHESE DE REGULATEURS CLASSIQUES I : APPLICATION A UN CIRCUIT ANALOGIQUE Synthèse dans le domaine fréquentiel d’un correcteur classique. Application sur un système d’ordre deux représenté par un circuit analogique. T.P. 5 SYNTHESE DE REGULATEURS CLASSIQUES II : APPLICATION A L’EXEMPLE D’UNE AUTOMOBILE Synthèse de régulateurs classiques par approche fréquentielle L'intérêt de ces T.P. est d'apprendre et comprendre le vocabulaire, les outils et techniques que l'automaticien doit utiliser pour contrôler les processus. Le but étant bien sûr d'assurer les performances voulues. On verra tout au long de ces TPs les techniques à mettre en œuvre afin de réguler un processus et répondre à un cahier des charges bien précis. Certaines de ces techniques s’appliquent dans le domaine temporel lorsque le système est décrit par un modèle d’état (TP2 et TP3) D’autres techniques s’appliquent dans le domaine fréquentielle pour la synthèse de régulateurs classiques (TP4 et TP5). Les supports physiques des TP 1 à 4 sont respectivement la maquette d’un moteur à courant continu, un pendule, une maquette d’hélicoptère et enfin un banc de circuits analogiques à base d’AOPs. 4 En Automatique des outils de simulation existent et permettent des études théoriques de simulation avant les tests finaux sur le processus réel. Dans ce domaine, Matlab et Simulink sont des logiciels très efficaces et il convient de les connaître et maîtriser. 5 6 CONSEILS ET CONSIGNES Chaque TP doit être impérativement préparé avant la séance. La préparation d’un TP peut être en effet évaluée et une note sera donnée :  Pour le TP1, lire le résumé sur la logique floue car c’est un TP assez long (c’est un TP de 4h).  Pour le TP2, il faut écrire correctement les équations d’état et faire la linéarisation de celles-ci avant la séance de TP. La préparation sera vérifiée et notée par les enseignants. Un compte rendu sera également demandé pour ce TP, où il faudra expliciter les étapes de la linéarisation.  Pour le TP3, il faut réviser le cours et le TP2.  Pour les TP4 et 5, Revoir le cours d’automatique ainsi que les TPs précédents. Evidemment, il faut revoir le cours concerné avant le TP et aussi, venir avec le polycopié du cours. Pour toute question, remarque ou suggestion, contactez moi par E-mail à l’adresse suivante : samia.maza@univ-lorraine.fr Dépôt du compte-rendu rédigé à la maison :  Le compte-rendu est demandé dans les 15 jours suivants la séance.  Il doit être IMPERATIVEMENT rendu à cette date.  Il est à déposer dans la boite aux lettres 1ière année collée au mur à coté du bureau 120 couloir jaune. Merci de le déposer dans la bonne boite !!! 7 CONSEILS POUR LA REDACTION Les comptes-rendus de travaux pratiques sont demandés pour :  apprendre à rédiger des comptes-rendus d'expérience  vous faire interroger sur des problèmes inconnus, des résultats incohérents et prendre du recul par rapport à son travail  contrôler vos connaissances et le travail effectué 3.1. Ce qu'il faut faire  Rédiger une courte introduction. Celle-ci doit poser le problème et montrer l'intérêt qu'il y a de chercher à le résoudre.  Décrire brièvement le système étudié. Il faut donner les informations utiles à la compréhension du compte-rendu.  Fournir des courbes de mesures effectives et des tableaux comparatifs.  Fournir les seules courbes utiles. Ce sont les plus caractéristiques. Ces courbes sont annotées (échelles, ... ) et apportent impérativement un résultat. Il faut donc les commenter et/ou conclure.  Comparer la théorie et l'expérience. Qu'il y ait cohérence ou non, ce fait doit être signalé. En cas de résultats incorrects ou de mauvaise qualité, il faut impérativement s'interroger sur les causes. Un TP n'est pas mauvais du fait de ces résultats erronés, il est mauvais parce que ces erreurs ne sont pas expliquées scientifiquement.  Conclure. A-t-on résolu le problème ? Les méthodes utilisées sont-elles efficaces ? En existe-t-il d'autres ? Sur quelles perspectives, nos résultats débouchent-ils ? Quels ont été les problèmes rencontrés ? ...  Il faut donc être concis, clair et lisible. Ce qu'il ne faut PAS faire  Recopier des résultats sans les comprendre. Une telle démarche ne vous apprend rien et vous fait perdre du temps.  Recopier inutilement le cours. Même si cela peut vous permettre de le comprendre, dans un compte-rendu d'expérience, il faut aller plus loin.  Oublier les résultats demandés.  Ne pas exploiter les courbes et résultats donnés dans le rapport. 8  Trafiquer des résultats plutôt que de chercher la cause des écarts entre l'expérience et la théorie. Il se peut qu'une seconde campagne de mesure soit nécessaire, il faut donc la faire. 9 TP1. Logique Floue et commande Résumé : l’objectif de ce TP est de découvrir quelques notions de base de l’automatique à travers l’utilisation de la logique floue. Le principal avantage de la logique floue est sa facilité d’utilisation puisqu’elle ne demande aucun pré requis en automatique mis à part un raisonnement de bon sens. 1. Description du système On souhaite contrôler la vitesse d’un arbre entraîné par un moteur à courant continu (figure 1). La vitesse du moteur est bien sur fonction de la tension appliquée à l’entrée du moteur. C’est donc cette tension de commande qui représente l’entrée de notre système. La sortie sera la vitesse de l’arbre situé en boue de chaîne et dont on souhaite maîtriser la valeur. La vitesse de croisière désirée est de 5 tr/min. La maquette petit moteur est composée des éléments suivants : - un ensemble moteur + réducteurs + arbres + charge ; - un capteur de vitesse qui délivre une tension de +/- 10 V ; - un capteur de position 0/5 V ; - une interface assurant la liaison entre la carte entrée/sortie d’un PC et l’entrée et la sortie de la maquette ; - une alimentation ; - un PC muni d’une carte d’acquisition E/S ; - le logiciel matlab et la toolbox simulink. 10 2. Analyse Avant de démarrer la phase d’analyse du système, suivre ces quelques consignes : - Copier dans son répertoire perso le fichier moteur.mdl sous \Public\Ensem1A\Tp- flou\. - Lancer matlab et simulink. - Ouvrir la copie de moteur.mdl. - Choisir comme méthode de simulation la méthode d’Euler à pas fixe, avec un pas de temps de 1.e-3 (dans menu\simulation\parameters). 1- Appliquer une tension de commande à l’entrée du moteur par l’intermédiaire de la boite moteur.mdl, et récupérer sous simulink la vitesse instantanée fournie pas le capteur de vitesse. La tension de commande Vc peut prendre des valeurs entre - 10V et +10V. 2- Etablir la correspondance entre la valeur de la tension de commande Vc et la vitesse V de l’arbre. Tracer la caractéristique de ce moteur : V=fct(Vc). Quelle est la valeur de Vc* permettant d’atteindre la vitesse de croisière recherchée (5tr/min) ? 3- Quel est le temps nécessaire pour passer de 4 tr/min à 5tr/min ? comparer avec d’autres valeurs (notamment initiales et finales). 4- Que se passe-t-il si le couple de charge augmente ou diminue ? quel rôle joue ce couple dans notre application ? Vérifiez de manière expérimentale et avec prudence votre analyse (seule la charge peut être touchée). 5- Avec le temps, la valeur de Vc* donnera-t-elle toujours la même vitesse de croisière ? 6- Le fonctionnement constaté précédemment est-il satisfaisant ? pourquoi ? faire une synthèse et proposer un titre à ce type de fonctionnement. 3. Commande par logique floue 3.1. Exemple introductif Afin de mieux appréhender la problématique envisagée, nous proposons, avant la présentation des divers aspects relatifs à la commande floue, d’examiner l’exemple qui suit pour mieux comprendre l’intérêt pratique des développements ultérieurs. Figure 2. Exemple introductif : Comment peut-on avoir de l'eau tiède dans le réservoir si on ne dispose pas d'appareils de mesure de températures ? 11 Considérons l’exemple d’un réservoir contenant de l’eau à une température donnée, et d’une personne désirant compléter le niveau d’eau, à l’aide d’un mitigeur, pour que l’eau soit à une température souhaitée T. Dans un premier temps, nous considérons trois températures possibles de l’eau d’alimentation : froide TF, chaude TC et tiède TT. L’eau du réservoir pourra être appréciée, si on ne dispose pas d’appareils de mesure de température, comme froide, tiède ou chaude avec une certaine marge d’incertitude. La commande du mitigeur sera simple :  uploads/Litterature/ tp-automatique-isn-2021.pdf