Transcript Journée technique Contrôle semi

Journée technique
Vibrations d'origines variées transmises par les massifs rocheux
dans les constructions civiles
Contrôle semi-actif des structures
souples
Othman BEN MEKKI
Laboratoire de Génie Civil - ENIT
Tunis, 15 Janvier 2014
Plan de l’exposé
• Pourquoi le contrôle des vibrations des structures ?
Vibration libre
• Contrôle passif
Vibration harmonique
• Contrôle semi-actif de différents types d’excitations
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Pourquoi le contrôle des structures?
Lcent= 856 m
Pont de Tacoma
Passerelle de Millenium Bridge
Pont en Russie
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Systèmes de contrôle
•Contrôle passif
Un système de contrôle
passif est constitué d'un
dispositif qui modifie la
rigidité
ou
l'amortissement de la
structure sans apport
d'énergie de l'extérieur.
APDE
Excitation
Structure
Réponse
Structure avec un actionneur passif à dissipation d’énergie (APDE)
•Contrôle actif
Un système de contrôle
est actif si un ou plusieurs
•Contrôle semi-actif
actionneurs
appliquent
des
surdela contrôle
structure
Un forces
système
selon
une loi de sicontrôle
est semi-actif
une
en
utilisant
source
source
externeune
d'énergie
d'énergie
est
utiliséeexterne.
pour modifier
une propriété mécanique
du dispositif passif de
contrôle.
Capteurs
Contrôleur
Capteurs
Actionneur
Actionneur
APDE
Excitation
Structure
Structure avec un actionneur actif
Structure avec un actionneur semi-actif
Réponse
Systèmes de contrôle : Amortisseurs à Masse Accordée (TMD)
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TMD classique
Citicop Center, New York
Passerelle de Millenium Bridge, London
TMD pendulaire
Taipei 101, Taiwan
Pont d’Akashi : Japon
Systèmes de contrôle : Amortisseurs à Masse Accordée (TMD)
Problématique
•La performance d’un TMD est très liée au réglage de ses paramètres
•L’efficacité d’un TMD varie beaucoup lorsque :
• La structure évolue
• Le type chargement évolue
Phase de construction,
endommagement , effet
thermique
Phase de service
Objectifs
•Introduction d’un actionneur électromécanique : TMD pendulaire couplé à un
alternateur
•Développement d’une loi de contrôle semi-actif
type de chargement évolue
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Contrôle de vibration
Présentation de l’actionneur électromécanique
(t)
Résistance externe (R) constante : Contrôle passif
Principe de
fonctionnement
La résistance externe varie en fonction du temps selon
une loi de contrôle : Contrôle semi-actif
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Contrôle de vibration
Modélisation
Masse, rigidité et contribution modale / maquette du pont
K K
Ceq ( R, )  c 
sin (   (t ))
r  total
R(t)et le coefficient d’amortissement
Moment l’inertie
Masse, longueur et angle de rotation du pendule
2
e c
Ceq min Constante
 Ceq (de
R,la) force électromotrice,
Ceq max
mécanique interne de l’actionneur
Alternateur est en circuit
constante du couple
électromécanique, inductance d’une bobine de l’alternateur,
résistance interne de l’alternateur, résistance variable externe et le
en court-circuit
ouvert
rapport d’engrenage Alternateur
entre le pendule etest
l’alternateur
Ceq min
c
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Contrôle de vibration
Modélisation



 ml
 k *  0
m *  m 
 

 mgl  0






I

ml

C
R,θ


eq


   0


  
1   


 
 p 2   0






2




p


k*


*
,

m*


  dX
,
X 
d


m
, p
 
m*


   *t,  

m
l
m*
g
l
Pulsation propre du mode de torsion
Pulsation propre de l’actionneur
Ceq Les trois paramètres adimensionnels

,    
*
2ml 2   et 
relient
les
trois
paramètres
dimensionnels m, l et Ceq
Contrôle de vibration
Modélisation
Système réel (non linéaire)
 Ke Kc 2
Ceq ( , t )  c 
sin (   (t ))
r  R(t)
Calcul des paramètres optimaux de l’actionneur
Système de référence (linéaire)
L’amortissement est équivalent à
un amortissement visqueux
Contrôle
passif
Coef. d’amortissement visqueux
(Constant)
Minimisation de la différence
entre le coefficient
d’amortissement du système
réel et du système de
référence.
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Contrôle passif de vibration libre
Validation expérimentale : vibration libre
Actionneur : m= 2,85kg, lopt= 17,57 cm,
Ropt = 4,5 
Sans actionneur
Avec actionneur optimal
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Contrôle passif de vibration harmonique
Validation expérimentale : vibration harmonique
Actionneur : m= 2,85kg, lopt= 17,57 cm
Ropt = 1 
En utilisant les paramètres
de vibration libre
Ropt=4,5 
En utilisant les paramètres
de vibration harmonique
Ropt= 1 
Contrôle semi-actif
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Objectifs
Adapter en temps réel les paramètres de l’actionneur afin de
rendre son efficacité indépendante du type d’excitation
extérieure
Paramètres
optimaux
de TMD de
référence
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Contrôle semi-actif
Idée
ième
 La maquette du pont passe par plusieurs étapes
 Chaque étape représente un type d’excitation
étape (si) : La structure
est en vibration libre
i+1ème étape (si+1) : La structure
sera soumise à un autre type
d’excitation : harmonique
Excitation de la
maquette par
un balourd
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Contrôle semi-actif
Conception initiale (vibration libre) : étape (si)
1. Calculer m* et k* à partir d’un modèle ou de système de monitoring
2. Choisir la masse du pendule
3. Calculer
~ s 
m
i
de l’actionneur de référence
4. Déduire la longueur optimale du pendule
d’amortissement optimal
et le coefficient
de l’actionneur de référence
5. La masse et la longueur optimale du pendule de l’actionneur réel sont
choisies
Contrôle semi-actif
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Conception initiale (vibration libre) : étape (si)
La résistance R(t) est choisie pour que le système réel suive la trajectoire du
système de référence.
Même
solution
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Contrôle semi-actif
Conception suivante (vibration harmonique) : étape (si+1)
1. Identifier le type d’excitation
2. Calculer
à partir de la masse du pendule de l’étape (si)
3. Calculer
de l’actionneur de référence
4. Déduire la longueur optimale du pendule
d’amortissement optimal
5. Pour le système réel
et le coefficient
de l’actionneur de référence
Contrôle semi-actif
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Conception suivante (vibration harmonique) : étape (si+1)
Chercher R(t)
Même
solution
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Contrôle semi-actif
Structure équipée du
TMD introduit à
l’étape si
Structure équipée par
un TMD de référence
(Exc Har)
Adaptation des paramètres
du TMD à ce type
d’excitation selon la loi de
contrôle semi-actif
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Contrôle semi-actif
Choix de type d’excitation ?
Le signal de commande de la
masse tournante est connectée
à un convertisseur analogiquenumérique :
-Signal d’entrée =0
Loi de contrôle semi-actif de la
vibration libre
-Signal d’entrée = 1
Adaptation de la loi de
contrôle semi-actif
La loi de contrôle semiactif introduite dans
l’étape si est maintenue
Loi de contrôle semi-actif de la
vibration harmonique
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Merci de votre attention