Des Sciences Industrielles dans la filière PTSI -PT L Enseignement

des Sciences Industrielles

dans la filière PTSI -PT

L’ Enseignement

Apport de connaissancesde base de la culture technologique

Élaboration de modèles:-dimensionnement -simulation

Utilisation de bases de données techniques, industrielles

Prise en compte des contraintes liées aux procédés de fabrication

expérimentations

Validation des

modèles par

Préparer aux méthodes de conception des produits

L’ Enseignement

TPTD

Cours

fondé sur l’étude de solutions industrielles abordées en

La chaîne fonctionnelle Maxpid

bras

La commande de déplacement du préhenseur est asservie en position afin de prendre l’objet repéré par caméra

La chaîne fonctionnelle MAXPID

Axe R2

Axe R3

Axe R4

dans le robot de tri 3 axes Pellenc

bras

Plongée verticale du préhenseur vers les objets à trier


dans le robot de tri 3 axes Pellenc


Rapidité: 2000 cycles par heures Précision: + /- 1cm en bout de bras longueur 1400mmDépassement toléré D1=10%

bras



Axe R2

Axe R3

Axe R4

Plongée horizontale du préhenseur vers les fruits

dans le robot cueilleur de fruits 3 axes Pellenc

L’ Enseignementfondé sur l’étude de solutions industrielles abordées en

TPTD

Cours

Dynamique des solides

La chaîne fonctionnelle Maxpid


TPTD

Cours

Représentation causale

Enrichir

Savoirs,savoir-faire

Simuler Valider le modèle

Décoder

Graphe Informationnel Causal donné

Performances, réglages


TPTD

Cours


Enrichir


Simuler Valider le modèle

Décoder


TPTD

Cours


Enrichir


Simuler

Décoder

Mécanisme de transformation de mouvement

support

L’ approche structurelle

Moteur C.C à aimants permanents

Mécanisme de transformation de mouvement -bras articulé

partie mécanique

Moteur à courant continu

Mécanisme de transformation de mouvement bras articulé

u Transformation énergétique

5RmC

11R

10R

7R

8R x

9R

x3R

1R i

e

2R

K

u

Le modèle Graphe Informationnel Causal

u

5RmC

11R

10R

7R

8R x

9R

x3R

1R i

e

2R

K

u

Le modèle Graphe Informationnel CausalHypothèses:

plan d’évolution du bras horizontal

- pas de pertes énergétiques dans les liaisons

- solides rigides

Configuration:

5RmC

11R

10R

7R

8R x

9R

x3R

1R i

e

2R

K

u

Le modèle Graphe Informationnel Causaldécoder

source

accumulateurs d’énergiecinétique

objets neutres:gyrateur

opérateurs

5RmC

11R

10R

7R

8R x

9R

x3R

1R i

e

2R

K

u

Modèle électrique du moteur


établir les relations

Moteur à courant continu à aimants permanents

5RmC

11R

10R

7R

8R x

9R

x3R

1R i

e

2R

K

u


établir les relations

O

B

A

C

u

v

x

y

z

DM

masses additionnelles

Moteur C.C.


support

bras

θ(t)

α(t)

β(t)

Le modèle cinématique

β(t): position angulaire de l’arbre moteurθ(t): position angulaire du brasα(t): position de la vis par rapport à

l’horizontalex(t) = BCOA=a=0.07mOB=b=0.08mAC=l=0.08mAD=L=0.31mAG=xG=0.103m G centre d’inertie du bras

Paramètres géométriques

O

B

A

C

u

v

x

y

z

DM


Moteur C.C.


bras

θ(t)

α(t)

β(t)

Le modèle cinématiqueThéorème de l’énergie cinétique à l’ensemble

/ 0 .R m

dT C

dt

Inertie équivalente rapportée à l’arbre moteur

2 2

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

²² ²

4 ²eq Bu amoteur vis e Az bras Bz stator Bz amoteur vis e Gz écrou

pI I m I M L I I m x I

Les inerties

2 2

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

²² ²



stator

O

B

A

C

u

v

x

y

z

DM


Moteur C.C.


bras

θ(t)

α(t)

β(t)

Le modèle cinématique

2 2

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

²² ²



Fermeture géométrique

0OA AC CB BO

2 2

22 2 2 2 2

2 2

2 ( )2 27

( )21

2

p pb a l

Rp

b a l a b l

l a b

Relation vis écrou entre et x 2 28 ( )

2

pR x b a l

22

( cos sin )9

( cos ) sin

l l a bR

l a l b

Prise en compte des frottements

5RmC

11R

10R

7R

8R x

9R

x3R

1R i

e

2R

K

u fC

4RfvC


enrichir secs

visqueux

trapeze de vitesse 01

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

temps ms

Sér ie1

Evolution de la tension moteur u (volt) en fonction du temps t (ms)

trapéze vi tesse 01

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

temps ms

Sér ie1

Evolution de l’intensité moteur i (mA) en fonction du temps t (ms)

tr apèze vi tesse 01

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

temps ms

Sér ie1

Evolution de la vitesse du moteur ω (rad/s) en fonction du temps t (ms). .r

U IC

0,13 .rC N m

0,85

utilemoteur

absorbée

P

P

L’évaluation du couple de frottement

req m CI C

Théorème de l’énergie cinétique à l’ensemble

Acquisition avec un trapèze de vitesse

4 15.10 . /fv N m rads

Vitesse moteur ω rad/s

L’évaluation du couple de frottement

Couple de frottement sec rapporté à l’arbre moteur

Coefficient de frottement visqueux rapporté à l’arbre moteur

Acquisitions avec des trapèzes de vitesse

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 50 100 150 200 250 300

Cr N.m

0,067 .Cf N m

5RmC

11R

10R

7R

8R x

9R

x3R

1R i

e

2R

K

u fC

4R

fvC

6R

rgC

6 cos ( )rg GR C M L m x g t

Couple résistant rapporté à l’arbre moteur du au poids du bras

Le plan de travail du bras est vertical


enrichir

simuler

5RmC

11R

10R

7R

8R x

9R

x3R

1R i

e

2R

K

u fC

4R

fvC

6R

rgC

La transcription en modèle de simulation

La transcription en modèle de simulation

Régles graphique du GIC

Source d'énergie = VERTProcessus = JAUNE ORANGE

Commande (SMC) = BLEU CLAIRModéles (estimation) = MAGENTA

Bibliothéque GIC L2EP Lille

Juillet 2005

Utilisation de la bibliotèque1. Copier le bloc correspondant dans votre fichier

2. Double-cliquer dessus pour changer soncontenu (nombre E/S, opérations...)

3. Connecter les E/S aux autres blocs

Cette bibliothèque a pour seul but de vous aiderà construire un modèle Simulink en accord avec

le GIC, par l'utilisation de "susbstems" ayantdéjà les bonnes couleurs et les bons masques.

SE

Source Electrique

Re2

Relation RigideEstimation

Rc2

Relation RigideCommande

R2

Relation Rigide

Re1

Relation CausaleEstimation

Rc1

Relation CausaleCommande

R1

Relation Causale

CE

Charge Electrique

Matlab environnement Simulink

1

Sortie

1s

Integrator

1

Entrée

La transcription en modèle de simulationMatlab environnement Simulink

Système en Unités MKSAR = 1L = 0.020

Auteur : Ghislain REMY Creation : 15-11-2006 Revision : 28-11-2006

MCC

d_betabeta

x

pour une tension d'alimentation u =10V, ne pas dépasser 0.284s de tps de simupour ne pas dépasser les 90° max de teta

Ce fichier n'est qu'une simple version de validation du modèle :Les gains ne sont pas réglés, et l'échelon de position en consigne n'est pas physique

(le système étant d'ordre 3, il faudrait que la dérivée 3ème de teta soit définie et continue

x_ref

x_1

Rc5

vitesse

teta_ref

teta_

R10

teta

Rc8

position x

Rc10

position teta

Rc11

position beta

R11

integrateur

i_ref

i_

R9

d_teta_d_beta1

R7

d_teta_d_beta

d_beta_ref

d_beta_

Rc1

courant

Rc2

couple

R8

beta_x

beta_ref

beta_

45*pi/180

U_cst1

10

U_cst

U_

R1c

Resistance

K

Ke_Kt

R5b

Inertie_Equivalente

R1b

Inductance

R4

Frottement_VisqueuxR3

Force_Electromotrice

Autoplot

Dbl Clk to plotthe results

init_simu.m

Dbl Clk for Init R6

Couple_Poids

R2

Couple_Electromagnetique

CfCf

Cem_

C_ref

R1a

Bilan_Tension

R5a

Bilan_Couple

Modèle de connaissance du processus seul

Test de validation du modèle processus

Modèle simulink de validation du processus sans réglage des gainset sans commande avec PID

Le réel

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

10

20

30

40

50

60

70

80

90

temps en s

Ang

le t

eta

en d

eg

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16

temps

teta

En conclusion

L’ Etudiantà partir de l’étude de solutions industrielles abordées en

TPTD

Cours

Mobiliser des savoirs

Faire preuve d’abstractio

n

Développer rigueur et analyse

Prendre des initiatives

Choisir les bons outils Mettre en

œuvre des savoir-faire

Documents

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