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Contrôle de position linéaire en boucle fermée



  1. #1
    DOUG33

    Contrôle de position linéaire en boucle fermée

    Bonjour à tous,

    Actuellement étudiant, je souhaite connaitre le type de contrôle le plus approprié pour contrôler un système... PID ? ou autre ? ou une méthode me permettant de trouver le type de contrôle approprié, ou de la documentation.

    Bonne lecture.

    Le fichier joint comprend des schémas pouvant aider...

    Voici mon problème :

    Je souhaite contrôler en position ( mouvement linéaire ) un tiroir de distributeur hydraulique en boucle fermée. Le but est de diminuer
    l´ hysteresis en pression du distributeur : perte de charge dans le sens de retour. Il s´ agit de diminuer la linéarité actuelle du tirroir qui est de 0,5% (écart entre la position voulue et la position réelle).

    Le tiroir a une course de travail de 4 mm dans les deux directions. Le contrôle demande donc une bonne précision et une linéarité inférieure à 5 %.


    • Principe

    Le tiroir peut être commandé dans deux directions ( mouvenent linéaire) par un Joystick. Le Joystick envois un signal proportionnel à l´angle d´inclinaison de 0-5 V au controller. Le controller compare le signal d´entrée et de sortie, détermine l´ erreur et envois un signal de commande 0-5 V. Les parametres du controller peuvent être réglés vià une interfece PC par le logiciel Canpro. Le module PWM reçoit la commande et génère un signal PWM carré 0-5V pour le solenoïde qui actionne le tirroir. Le capteur de position envois un signal 0-5V traduisant le déplacement du tiroir. Les specifications du capteur de position sont à definir : linéarité, precision, repétabilité, temps de réponse.

    • Existant

     Controller : Cancom C721 Radio Transceiver V1.16

    http://www.jorgensen-elektronik.se/f...anCom_C721.pdf

     Module PWM : Cancom PWM-64 V4,20

    http://www.jorgensen-elektronik.se/f...anfoss_eng.pdf

     Solenoïd Thomas PPCD 04 125Hz

    Le solénoïd reçoit un signal carré 0-5V et fait une moyenne toute les 0,008 secondes. Il vibre entre ses deux positions ( ouvert-fermé) pour délivrer une pression proportionnelle au signal reçu.



    J´ai d´autres intérogations...

     La conception d´une boucle fermée necessite-t-elle une simulation informatique préliminaire ? ( schémas blocs avec Scicos ? ) une programmation en langage informatique ? autre ?


     Comment déterminer les specifications du capteur ? chaîne de mesure ?


    Merci !

    -----

    Fichiers attachés Fichiers attachés

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  3. #2
    filalapat

    Re : Contrôle de position linéaire en boucle fermée

    Bonjour,
    Réponses à tes autres interrogations.
    Pour commander correctement un système il faut pouvoir modéliser chaque élement de la chaine (actionneurs et capteurs) pour disposer de la fonction de transfert en boucle ouverte et ensuite synthétiser le correcteur et simuler le système en boucle fermé.
    Lors de la synthèse du correcteur, il faudra définir un temps de réponse en boucle fermé réaliste.
    La modélisation est souvent la partie la plus dure dans un problème d'automatique; elle peut être plus ou moins fine selon le niveau de performance souhaité.
    Le cahier des charges du capteur sera lié à ses performances statiques : précision, linéarité, reproductibilité
    et à ses performances dynamiques : temps de réponse et ou bande passante

    A suivre

  4. #3
    DOUG33

    Re : Contrôle de position linéaire en boucle fermée

    Merci filalapat pour cette réponse générale très intéressante.
    Mais qu´en est-il de la modélisatiion proprement dite ? Outils ?
    Comment se détermine la fonction de transfert ? ...pour un tiroir actionné par un électro-amant ?

  5. #4
    DOUG33

    Re : Contrôle de position linéaire en boucle fermée

    Bonjour,

    Afin de controler en position mon tiroir, je pense déterminer la fonction de transfert par l´experience. Je cherche la fonction du bloc [modulePWM-solenoïde-tiroir], je pense pouvoir obtenir une courbe donnant la position du tiroir en fonction de la commande du signal PWM.

    Comment en déduire la fonction de transfert ?

    Merci

  6. #5
    filalapat

    Re : Contrôle de position linéaire en boucle fermée

    Bonjour,
    J’essaie de mieux comprendre le problème pour essayer de t’aider.
    J’ai plusieurs interrogations

    Est-ce que lorsque tu parles d’hystérésis en pression du distributeur cela correspond à l’hystérésis en pression de ce qui est appelé solénoïde dans la documentation et qui sert de commande de déplacement du tiroir ?

    Tu dis :
    Il s´ agit de diminuer la linéarité actuelle du tiroir qui est de 0,5% (écart entre la position voulue et la position réelle)
    Ne serais-ce pas plutôt : augmenter la précision de la position du tiroir ou encore sa reproductibilité?

    Je ne comprends pas bien ce qui est appelé solénoïde ; pour moi un solénoïde est une bobine engendrant un champ magnétique ; ici cela semble être autre chose : dans le schéma bloc il semble que l’on obtienne une force en sortie du bloc solénoïde ? Par contre dans la documentation il semble qu'il sorte une pression?

    Le but de ton système est il uniquement la précision ou la linéarité de la commande ou as-tu un temps de réponse souhaité?

    En fonction des réponses j'aurais surement d'autres questions à poser
    A suivre

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    DOUG33

    Re : Contrôle de position linéaire en boucle fermée

    Merci filalapat pour ton temps.


    Par rapport au solénoïde, il délivre une pression qui sur le tiroir et provoque son avance. La relation est connue :

    X= f ( P)

    Le but est de réduire l´hysteresis dans le fonctionnement global du distributeur : avoir les mèmes réactions pour le fonctionnement d´un vérin sous charge par exemple à l´aller et au retour. Le shéma joint montre l´hysteresis entre les debits obtenus entre aller et retour du tiroir. Ce n´est pas l´hysteresis du solenoïde.

    Je pense qu´en travaillant sur la linéarité du tirroir : position voulue = position réelle avec un retour de capteur permettra de réduire l´hysteresis du fonctionnement general.

    Je pense qu´il est plus opportun de parler de “ reduction de l´erreur de linearité “ du tiroir.
    La boucle fermée doit premettre de compenser les fuites, les changements de viscosité de l´huile . Ainsi selon ces parametres la pression à fournir par le solenoïde ne serra pas la même.

    La linéarité globale du systèmede 0,5 % correspond à la courbe 2. La linéarité est bonne donc je vais travailler pour réduire l´hysteresis.

    Dans la chaîne de la boucle fermée, toute les relations entrées/sorties sont linéaires.

    Le temps de réponse de l´electronique est beaucoup plus faible que celui mécanique donc il n´y a pas de soucis de ce côté là.
    Fichiers attachés Fichiers attachés

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  10. #7
    filalapat

    Re : Contrôle de position linéaire en boucle fermée

    Bonjour,

    Tu écris:
    Dans la chaîne de la boucle fermée, toute les relations entrées/sorties sont linéaires.
    Pour moi, cela voudrait dire que la non linéarité (l’hystérésis se situe après). Dans ce cas la boucle fermée en position ne changera rien.au manque de linéarité (reproductibilité)
    De façon générale pour améliorer la linéarité d’un système, il est intéressant de créer une boucle fermée comprenant la non-linéarité (en chaine directe).

    En fait je n’ai pas encore compris ce que tu voulais contrôler.
    Est-ce que le tiroir dont tu veux réguler la position commande l’ouverture d’un distributeur ou d’une électrovanne qui envoie de l’huile dans un vérin; et ce serait la position de ce vérin qui ne serait pas reproductible ?
    Pourrais-tu faire un schéma bloc de l’ensemble jusqu’à la grandeur que tu veux contrôler avec précision et reproductibilité en indiquant bien le bloc comprenant l’hystérésis.

    Si le schéma que tu as envoyé correspond bien à ce que tu veux, il te faut connaitre la fonction de transfert de chaque bloc. A défaut de connaître la fonction de transfert exacte de chaque bloc, il faut connaître l’allure de la réponse du bloc à un échelon en entrée (ce que le constructeur du solénoïde a indiqué dans sa documentation).
    Attention il faut que les unités de sortie d’un bloc correspondent aux unités d’entrée du bloc suivant ;
    Sur le schéma bloc, il est question de force en sortie du bloc solénoïde alors que dans la documentation on parle de pression; il faut donc connaître la section sur laquelle s’exerce cette pression : il faut ensuite connaître la relation entre la force et la position.

    Pour le cahier des charges du capteur de position, la pulsation de coupure ou encore son temps de réponse dépendent du temps de réponse souhaité pour la régulation de position..
    La précision dépend de la précision souhaitée pour cette position.
    En parallèle, il faut voir les capteurs existant pour cette amplitude de mesure et comment l’installer.

    A suivre

  11. #8
    DOUG33

    Re : Contrôle de position linéaire en boucle fermée

    Bonsoir,

    Merci pour ces indications me permettant d´avancer dans mon problème.

    Je pense qu´il est important de dissosier linearité : sortie = entrée par une relation y=ax+b et erreur de linéarité qui est l´erreur entre la position voulue et la position souhaitée.

    Je souhaite controler en position mon tiroir dans le sens de retour: des phénomènes tels que la friction et autres suscitent des pressions à appliquer differentes dans un sens ou dans l´autre du tirroir. Actuellement ( simple manipulation du joystick sans régulation), le retour implique un actionnement plus important du joystick pour avoir la même réaction. Le feedback du capteur doit permettre au solenoîde de s´adapter a ces changements : avoir position du tiroir voulue = position réelle. Actuellement je ne pense pas que l´on puisse parler d´erreur de linéarité mais plutot d´un manque de controle. La relation entre la position du tiroir est la pression de travail du distributeur hydraulique est très bonne. Le tout est d´avoir un positionnement du tiroir maitrisé.

    Je ne travaille donc plus sur l´amélioration de l´ erreur linéarité ( recentrage du probleme). Mais sur un controle par feed back permettant de réduire l´hysteresis de la pression de sortie du distributeur.

    Le tiroir est en fait la partie commande du distributeur.

    La grandeur que je veux controler est la pression de sortie du distributeur. L´application vérin étant un exemple, l´étude s´arète à la pression délivrée.

    Je connais la relation entre la position du tiroir et la pression du solenoïde.
    Peut-être serrait-il intéressant de travailler aussi en dynamique par rapport à la vitesse du tiroir ?

    Les possibilités en capteur de position sont connues : LVDT et Effet Hall. L´intégration des capteurs est viable.

    Comment concrètement puis-je modéliser ce système ( outils, programmation, entrées des données, avec scicos ?) Chaque relation étant connues sous forme de courbe ou de formules mathématiques.

    En espérant être plus clair.

  12. #9
    filalapat

    Re : Contrôle de position linéaire en boucle fermée

    Bonjour,
    En ce qui concerne les outils de simulation : Je connaissais les outils Simulink (associé à Matlab) ou Scicos associé à Scilab;

    En ce qui concerne le problème de modélisation :
    Si on dispose de toutes les fonctions de transfert de façon fiable, le travail de simulation peut commencer;
    Par contre si un bloc est difficile à modéliser par les équations physique, il peut être envisageable d'essayer d'obtenir un modèle de comportement;
    Par exemple en soumettant le bloc à un entrée en échelon et en enregistrant l'entrée et la sortie;
    On peut voir si le bloc se comporte comme un intégrateur ou comme un premier ordre ou plutôt comme un second ordre, s'il y a une notion de retard pur etc.
    Si les seules exigences sont la précision et qu'il n'y a pas de performances dynamiques à respecter (temps de réponse ou bande passante), il n'est pas nécessaire d'avoir une modélisation fine (le comportement en basse fréquence de chaque bloc est suffisant).
    Si par contre une performance dynamiques élevée est exigée, cela implique de connaître le comportement sur une bande de fréquence plus élevée;


    Rappel sur le régulateur PID
    Pour réguler un processus qui se comporte comme un gain aux très basses fréquences, La partie intégrale (I) sert essentiellement à annuler l'erreur statique (erreur entre la sortie contrôlée et la référence); en contrepartie cela peut rendre le système instable.
    La partie Proportionnelle (P) sert à diminuer l'erreur statique et à obtenir une réponse dynamique élevée;
    La partie Dérivée (D) est plus délicate à utiliser ; elle peut servir à augmenter la dynamique d’un système, et ou à augmenter sa marge de stabilité

    C’est pour ces raisons que la mise au point d’un régulateur peut souvent commencer par des essais en proportionnel.

    A suivre

  13. #10
    DOUG33

    Re : Contrôle de position linéaire en boucle fermée

    Bonjour,

    Encore merci pour ces indications.

    Je vais donc déterminer la function de transfert du bloc [ solenoide- tiroir] comme dans le schema joint : modèle de comportement.

    L´entrée est le signal commandant le pourcentage d´ouverture du solenoïde. La sortie est la course du tirroir.

    Je souhaite utiliser une fonction de Dirac ( impulsion) en entrée. Comment obtenir physiquement une fonction de Dirac ?

    D´autres entrées permettraient-t-elles de définir ma fonction de transfert: fonction rampe, échellon ?

    Une fois les courbes obtenues, quelle est la méthode ?

    Soucis : la fréquence d´acquisition maximale est 50 ms.

    Merci.
    Fichiers attachés Fichiers attachés

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