Transcript Diapositive 1 - Site Sti@ac

Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Alain TROUILLEZ
Massimo CRITELLI
Thème sociétal: LE CONFORT
Problématique: Comment faire en sorte
qu’un système reproduise fidèlement une
consigne d’entrée?
Objectifs:
• Différencier un système asservi d’un
système non asservi.
• Identifier les paramètres influents dans
un asservissement
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Supports possibles:
Volant à retour de force
Cordeuse de raquette
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Robot LEGO Mindstorm®
assemblé en SEGWAY.
Fourmies
Fiche séquence 18: Analyser la structure et le comportement des systèmes asservis
Sciences de
l'ingénieur
Fiche séquence 18 : Analyser la structure et le comportement des systèmes asservis
Objectifs de Formation : Connaissances traitées
Ch
Ch
ANALYSER
MODELISER
Chapitre A28 :Différencier un système asservi d’un api Chapitre B22 :Associer un modèle aux composantsapi
système non asservi
d’une chaîne d’information
Chapitre A3 : Traiter des données de mesures (valeur
Chapitre B23 :Identifier les paramètres à partir
moyenne, médiane, caractéristique, etc.)
d’une réponse indicielle
Identifier des valeurs erronées
Associer un modèle de comportement (1er et 2nd
Quantifier des écarts entre des valeurs mesurées et des ordre) à une réponse indicielle
valeurs obtenues par simulation
Chapitre B24 :Traduire le comportement d’un
Chapitre A3 : Traiter des données de mesures (valeur
système (Systèmes logiques à évènements discrets
moyenne, médiane, caractéristique, etc.)
Langage de description : graphe d’états, logigramme,
Identifier des valeurs erronées
GRAFCET, algorigramme)
Quantifier des écarts entre des valeurs attendues et des Chapitre B33:Interpréter les résultats d’une
valeurs obtenues par simulation
simulation fréquentielle des systèmes du 1er et du
Chapitre A3 : Rechercher et proposer des causes aux
2nd ordre
écarts constatés
Chapitre B41:Comparer les résultats obtenus
(amplitudes et variations) avec les données du
cahier des charges fonctionnel
CI3 :
EXPERIMENTER
Centre(s) d'intérêt
Analyser
A1
Modéliser
A3
B4
A
Expérimenter
R/S
A/S
B1 B2 B3
Compétences
D1
Eté
Printemps
Hiver
Noël
Toussaint
Rentrée
X
A2
Communiquer
Situation dans la progression
T
COMMUNIQUER
A28 : B (B en T)
A3 : B (C en T)
B22 : B (C et en T)
B23 : B (B et en T)
B24 : C (C et en T)
B33 B : (B en T)
B41 : C (C en 1ére)
CI3 : Analyser des constituants d’un système réel d’un point de vue structurel et
comportemental
CI4 : Concevoir et utiliser un modèle relatif à un système en vue d’évaluer les performances
de la chaine d’information
1°
Niveau de compétances à
atteindre (rappel)
Durée
18
Heures
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
D2
C1
C2
S
Approche pédagogique
DEDUCTIVE
X
INDUCTIVE
R
Pourquoi utiliser le segway lego®?
Bilan des systèmes présents dans le labo des sciences de l'ingénieur
Tous ces systèmes sont "verrouillés".
On ne peut pas modifier leurs paramètres de
fonctionnement.
L'étude des asservissements est alors rendue difficile
voire impossible.
L'intérêt du segway lego® est que l'on peut modifier les
paramètres de fonctionnement et constater les effets.
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Questions sociétales :
Le confort d'utilisation de système est fortement lié à la stabilité de fonctionnement de ce système.
Problématiques :
Comment faire en sorte pour qu'un système reproduise fidèlement une consigne d'entrée?
Type d'activité
Brêve description
(à dupliquer si nécessaire)
Activité de lancement
Apport de
connaissances
Travaux pratiques
Restitution
Structuration des
connaissances
Support
Enoncer la problèmatique et différencier les systèmes asservis et non asservis dans le laboratoire
des sciences de l'ingénieur
1-Introduction sur les systèmes asservis
Modèles mathématiques
3-Structure d'un système asservi
Référence
Séq 18
Nb postes
Nb élèves
Durée (h)
Tous les systèmes du labo
2-
30
4
10/po
6
Synthèse des TP faite par un élève de chaque groupe
30
2
Compléments apportés par l'enseignant au vu du travail restitué par les élèves
30
1
30
1
Tester des systèmes afin d'évaluer leur capacité à reproduire fidèlement la consigne d'entrée
Evaluation sommative Contrôle sur le rôle d'un asservissement dans un système
Le robot mindstorm
La cordeuse de raquettes
Le volant à retour de force
Le robot mindstorm
Organisation pratique Les trois groupes d'élèves travaillent en parallèle sur les études de cas
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
3
Cours: Les systèmes asservis
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Activités liées au LEGO® Mindstorm
Utilisation d’un robot LEGO ®
mindstorm assemblé en « segway ».
Cela signifie que le déplacement se
fera sur deux roues montées en
parallèle.
Le capteur utilisé est de type
gyroscopique.
Problématique: Comment garder son
équilibre sur un véhicule à deux roues ?
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Capteur
gyroscopique
Activités liées au LEGO® Mindstorm
Modification des
paramètres de
stabilité
(système simulé)
Analyse du
modèle
comportemental
(système simulé)
Recherche des
paramètres pour une
nouvelle
configuration
(système simulé et
réel)
Modification des
paramètres de
stabilité
(système réel)
Implantation
du programme
(système réel)
Activité
1
Activité
2
Activité
3
Activité
4
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Activité
5
Activité 1
Activité
1
Activité
2
Activité
3
Activité
4
Activité
5
Implantation du programme dans le segway LEGO® et test de la stabilité
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Réflexion préliminaire de l'enseignant:
d’un modèle de connaissance vers un modèle de comportement.
Équation électrique
Modèle de
connaissance
Équation mécanique
Modèle de
comportement
Équations électro-mécaniques
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Réflexion préliminaire de l'enseignant:
d’un modèle de connaissance vers un modèle de comportement.
On impose une
consigne de 5
volts (échelon
de tension)
Equation
électrique
Equation
mécanique
On relève la
réponse
indicielle de
l’ensemble
moteur + charge.
Équations
électromécaniques
vitesse (rd/s)
Réflexion préliminaire de l'enseignant:
d’un modèle de connaissance vers un modèle de comportement.
Réponse indicielle moteur + charge.
Gain K = 20/5
soit 4 rd.s-1.v-1
20
rd/s
63% de 20 rd/s
Soit 12,6 rd/s
Constante de
temps τ de 80 ms
Constante de
temps τ = 80 ms
Temps (s)
0,08
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Activité 2
Activité
1
Activité
2
Activité
3
Activité
4
Les élèves vont maintenant pouvoir travailler sous MATLAB-SIMULINK avec
un modèle dit de la « boîte noire ».
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Activité
5
vitesse (rd/s)
Activité 2
Activité
1
Activité
2
Activité
3
Activité
4
A la fin de l'activité 2, l'élève a
identifié les paramètres (K et τ) deGain K = -120/5-1
soit 4 rd.s .v
l'ensemble moteur à courant continu
associé à une charge mécanique, à
partir d'une réponse indicielle.
20
rd/s
63% de 20 rd/s
Soit 12,6
Il rd/s
a également
associé un modèle de
Constante de
comportement
du
premier
ordre
à cette
temps τ de 80 ms
Grâce au cours "les
modèles
mathématiques",
même
réponse
indicielle.
les élèves reconnaissent
Constante de
temps: 80 ms
que l'ordre du système est
"1" et recherchent donc les
paramètres associés.
0,08
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Temps (s)
Activité
5
Activité 3
Les élèves testent le fonctionnement du robot puis
modifient les paramètres de stabilité (kp, ki, kd) et
observent l’impact sur le comportement.
Activité
1
Activité
2
Activité
3
Activité
4
Activité
5
On veut montrer le rôle prépondérant du
correcteur PID dans un système asservi
KP= le gain proportionnel
Ki= le gain intégral
Kd= le gain dérivé
A la fin de l'activité 3, les élèves ont
observé l’influence des paramètres sur
la stabilité du robot.
Trop de gain intégral
Pas assez de gain intégral
Activité 4
Les élèves appliquent les mêmes paramètres de stabilité
(kp, ki, kd) en utilisant le modèle de comportement.
Intégrateur
Correcteur
Modèle
comportemental
"moteur + charge"
On donne aux élèves ce modèle
de comportement et on leur
demande de modifier les
paramètres du correcteur PID
afin d'optimiser la stabilité du
segway LEGO®
Activité
1
Activité
2
Activité
3
Activité
4
Activité
5
Activité 4
Position
Activité
1
Activité
2
Activité
3
Activité
4
Activité
5
Résultat obtenu avec les bons paramètres.
Temps (s)
Activité 4
Activité
1
Activité
2
Activité
3
Activité
4
Activité
5
Résultats obtenus avec les paramètres modifiés.
A la fin de l'activité 4, les élèves ont
découvert l’influence des valeurs des
constantes kp, ki, kd sur la forme de la
réponse indicielle.
Gain proportionnel
trop grand
Gain intégral
trop grand
Gain dérivé
trop grand
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Activité 5
Activité
1
Activité
2
Activité
3
Activité
4
Activité
5
On modifie la configuration du robot, on donne le modèle associé et on demande à
l’élève de trouver les nouveaux paramètres de stabilité.
Entrer les nouvelles valeurs de Kp et Ki.
Procéder à l'essai
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Conclusion et perspective d’évolution.
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
Conclusion et perspective d’évolution.
Séminaire Roubaix 27 mars 2014
FIN
Séminaire Roubaix 27 mars 2014