ANNEE UNIVERSITAIRE 2019-2020 الكلية المتعددة التخصصات بالعرائش FACULTE POLYDISCIPLINAIRE A LARACHE Licence Fondamentale Sciences :……………………………….. Parcours : ………………………………. Projet de Fin d’Etudes Navigation et évitement d’obstacle D’une voiture autonome » Réalisé Par : Nom & Prénom candidat 1 Nom & Prénom candidat 2 ILYAS ACHAMROUAN Smp 0064/16 mohamed el annaz smp00644/14 Encadré Par : Pr. Larbi SETTI 1 Sommaire : Chapitre I : Table matière : …………………………………..5 1. Introduction générale 2. Présentation du mémoire …………………………………5 3. Plateforme utilisée………………………………………6 a. Introduction ……………………………………………………6 b. Hardware ……………………………………………………...6 c. Plateforme mobile ………………………………………………..6 4. Arduino : 1.1.1. ………………………………………………………..7 Introduction ………………………………………………….7 ……………………………………8 1.1.3. Logiciel……………………………………………………..8 1.1.4. L’interface …………………………………………………..8 1.1.5. Les boutons ………………………………………………….10 1.1.6. Le langage Arduino…………………………………………..10 1.1.7. Le matériel : ………………………………………………..11 (a) Le microcontrôleur…………………………………….11 (b) Alimentation…………………………………………11 (c) Visualisation…………………………………………12 La connectique : ………………………………………..12 1.1.8. Caractéristique………………………………………………..13 1.1.9. Brochage de la carte Uno…………………………………………14 1.1.10. Les broches d'alimentations………………………………………14 1.1.11. Broches numériques……………………………………….……14 1.1.12. Broches analogiques…………………………………..…………15 1.1.13. Les avantages d’Arduino……………………………….…………15 1.1.2. Le Principe de fonctionnement (d) 5. Capteur distance : …………………………………………….17 2 1. Capteur de distance à Ultrasons HC-SR04…………………………………17 2. Le fonctionnement……………………………………………………..17 3. Les caractéristiques techniques du module…………………………………17 6. Moteur à Courant Continu………………………….…19 1.1.1. 1.1.2. 1.1.3. 1.1.4. Chapitre I ………..………20 1 Principe de fonctionnement du L293…………………………………21 Le pont en H……………………………………….……………22 Caractéristiques du pont en H…………………………………………23 Le circuit de pilotage des moteurs : le L293 en double Pont H I : Table matière : …………………………………………..…………25 1.1.1. Evitement par régulation PID………………………………………..25 1.1.2. Introduction…………………………………………………….25 1) Les méthodes d’évitement d’obstacLe ………………………………… Evitement par régulation PID………………………………… Les paramètres du PID………………………………… Fonctionnement du PID………………………………… Le fonctionnement du régulateur PID sur le robot…………………………………27 2) Résumé de fonctionnement du robot mobile ……………….28 3 Table de figure : ………………………………… ………………………………… Figure 1 : Voiture RC Electrique 1/10 Figure 2 : Architecture de la carte arduino UNO Figure 3 : l'interface de l'IDE arduino ……………… ……………… 6 7 8 ……………………………… 9 Figure 4 : le menu file d'arduino Figure 5 : les boutons de 'IDE arduino Figure 6: présentation d'une carte arduino Figure 7 : la connectique de la carte arduino Figure 8: brochage d'un carte arduino Figure 9 : Principe du capteur à ultrason Figure 10 : le capteur de distance à Ultrason HC-SR04 Figure 11 : Le brochage du module Figure 12 : les deux parties essentielles de MCC Figure 13 : Circuit intégré L293D Figure 15 : Control de la rotation d’un moteur et son freinage par le L298 Figure 16 : Schéma du principe de fonctionnement du pont en H Figure 17: asservissement par régulateur PID ……………………………………26 Figure 18: Evitement d’obstacle par le robot …………………………………..27 …………………………………10 …………………………………11 …………………………………13 …………………………………14 …………………………………17 ……………………….18 ……19 …………………………….20 ………………………………………..20 4 ……………22 …………………23 1. Introduction générale : Un des grands avantages de l'automatisation des procédures est la précision des résultats. La robotique est utilisée dans plusieurs industries comme l'automobile, la médecine, l'électroménager et plusieurs autres. Le plus complexe des machines peuvent être assemblées à l'aide de la robotique. Les robots peuvent être fixes (bras manipulateur) ou mobiles (robot marcheur, robot à roues) selon l’application, les robots fixes sont généralement utilisés dans les usines, les hôpitaux, domaine agricole, etc. Cependant, les robots mobiles sont généralement utilisés dans les environnements dangereux nucléaires, militaires, déminage, etc. Ce dernier Type de robot est notre domaine d’intérêt dans ce mémoire. Le suivi d’objets en robotique mobile est devenu une des tâches les plus utilisées, notre Projet consiste à réaliser un robot mobile (voiture autonome qui évite les obstacles) en utilisant des capteurs et des actionneurs pour satisfaire ce projet. 2. Présentation du mémoire : - Le premier chapitre sera consacré à la plateforme et les dispositifs utilisés ( software et hardware) pour satisfaire ce projet et leurs fonctions. - Le deuxième chapitre explique les méthodes d’évitement d’obstacles et leurs différences et les moyens de communications sans fils. - Le troisième chapitre est une partie expérimentale pour réaliser et satisfaire la conception de la plateforme, Communication avec PC, implémentation des techniques et Comparaison des résultats. 5 chapitre 1 : software et hardware 3. Plateforme utilisée a- Introduction Dans ce chapitre, nous expliquons la plateforme utilisée (hardware et software), ces composants utilisés et leurs tâches (voiture 1/10, moteurs CC, contrôleur L298N, capteur ultrason, etc.) on a présenté aussi une description générale du programme Arduino implémenté sur la carte électronique. b-. Hardware : Plateforme mobile : Les voitures radiocommandées (RC) sont des versions miniatures de voitures de piste ou tout-terrain en différentes échelles (1/18, 1/16, 1/10, 1/8, 1/5...). Il existe trois motorisations différentes. Il y a les voitures radiocommandées thermiques au nitrométhane, les voitures radiocommandées thermiques au mélange d'essence et d'huile 2 temps et les voitures radiocommandées électriques. Les voitures radiocommandées thermiques sont les modèles qui ressemble le plus aux voitures de taille réelle. Elles sont équipées d'un moteur thermique avec cylindre et piston, carburateur, filtre à air, pont d'échappement, etc. Figure 1 : Voiture RC Electrique 1/10 6 4. Arduino 1.1.1 Introduction Une équipe de développeurs composée de Massimo Banzi, David Cuartielles , Tom Igoe, Gianluca Martino, David Mellis et Nicholas Zambetti a imaginé un projet répondant au doux nom d’Arduino L’avant-propos de cet ouvrage a déjà un peu levé le voile : l’Arduino est une carte de circuit imprimé supportant une carte électronique et la circuiterie minimum nécessaire pour lui permettre de fonctionner, associée à une interface USB permettant de le programmer nous allons détailler cela tout au long de ce chapitre et voir tout à la fois, ce qu’il y a réellement sur une carte Arduino, et le matériel nécessaire. Le but est créé facilement des systèmes électroniques. Nous commençons par voir un peu le vocabulaire commun propre au domaine de l’électronique et de l’informatique. [6] I.2.2. Définition Une carte Arduino est une petite carte électronique (5,33 x 6,85 cm) équipée d'un microcontrôleur. Il permet, à partir d'événements détectés par des capteurs, de programmer et commander des actionneurs ; la carte Arduino est donc une interface programmable. Figure 2 : Architecture de la carte arduino UNO La carte Arduino la plus utilisée est la carte Arduino Uno. Le système Arduino est composé de deux choses principales : le matériel et le logiciel. 1.1.2 Le Principe de fonctionnement 7 1. On conçoit ou on ouvre un programme existant avec le logiciel arduino. 3. Si des erreurs sont signalées, on modifie le programme. 4. On charge le programme sur la carte. 5. On câble le montage électronique. 6. L’exécution de programme est automatique après quelques secondes. 7. On alimente la carte soit par le port USB, soit par une source d’alimentation. 8. autonome (pile 9 volts par exemple). 9. On vérifie que notre montage fonctionne. [11] 1.1.3. Logiciel Au jour d'aujourd'hui, l'électronique est de plus en plus remplacée par de l'électronique programmée. On par le aussi d'électronique embarquée ou d'informatique embarquée. [9] 1.1.4. L'interface L'interface du logiciel Arduino se présente de la façon suivante : Figure 3 : l'interface de l'IDE arduino 1. options de configuration du logiciel 2. boutons pour la programmation des cartes 1. programme à créer 2. 4. débogueur (affichage des erreurs de programmation) 3. Le menu File dispose d’un certain nombre de choses qui vont être très utiles : 8 Figure 4 : le menu file d'arduino New (nouveau) : va permettre de créer un nouveau programme. Quand on appuie sur ce bouton, une nouvelle fenêtre, identique à celle-ci, s'affiche à l'écran. Open... (ouvrir) : avec cette commande, on peut ouvrir un programme existant. Save / Save as... (enregistrer / enregistrer sous...) : enregistre le document en cours / demande où enregistrer le document en cours. Exemples (exemples) : ceci est important, toute une liste se déroule pour afficher les noms d'exemples de programmes existant. [9] 9 1.1.5 Les boutons Figure 5 : les boutons de 'IDE arduino 1. permet de vérifier le programme, il actionne un module qui cherche les erreurs dans le programme 2. Créer un nouveau fichier 3. Sauvegarder le programme en cours 4. Liaison série 5. 5. Stoppe la vérification 6. 6. Charger un programme existan 7. Compiler et envoyer le programme vers la carte [9] 1.1.6. Le langage Arduino Le projet Arduino était destiné à l'origine principalement à la programmation multimédia interactive en vue de spectacle ou d'animations artistiques. C'est une partie de l'explication de la descendance de son interface de programmation de Procession. Procession est une librairie java et un environnement de développement libre. Le logiciel fonctionne sur Macintosh, Windows, Linux, BSD et Android. [9] Référence: • Le langage Java. • Le langage C. • L'algorithmique. 1.1.7 Le matériel 10 Il s'agit d'une carte électronique basée autour d'un microcontrôleur Atmega du fabricant Atmel, dont le prix est relativement bas pour l'étendue possible des applications. [9] Figure 6: présentation d'une carte arduino a) Le microcontrôleur (1) Il va recevoir le programme et le stocker dans sa mémoire puis l’exécuter. [9] b) Alimentation (2 et3) Pour fonctionner, la carte a besoin d'une alimentation. Le microcontrôleur fonctionnant sous 5V, la carte peut être alimentée en 5V par le port USB (en 2) ou bien par une alimentation externe (en 3) qui est comprise entre 7V et 12V. Cette tension doit être continue et peut par exemple être fournie par une pile 9V. Un régulateur se charge ensuite de réduire la tension à 5V pour le bon fonctionnement de la carte. 11 c) Visualisation(4) Les trois "points blancs" entourés en rouge sont des LED dont la taille est de l'ordre du millimètre. Ces LED servent à deux choses : • Celle tout en haut du cadre : elle est connectée à une broche du microcontrôleur et va servir pour tester le matériel. Nota : Quand on branche la carte au PC, elle clignote quelques secondes. • Les deux LED du bas du cadre : servent à visualiser l'activité sur la voie série (une pour l'émission et l'autre pour la réception). Le téléchargement du programme dans le microcontrôleur se faisant par cette voie, on peut les voir clignoter lors du chargement.[9] d) La connectique (5a et 5b) La carte Arduino ne possédant pas de composants qui peuvent être utilisés pour un amme, mis a par la LED connectée à la broche 13 du microcontrôleur, il est nécessaire de les rajouter. Mais pour ce faire, il faut les connecter à la carte (en 5a et 5b). C'est grâce à cette connectique que la carte est "extensible", car l'on peut y brancher tous types de montages et modules ! Par exemple, la carte arduino Uno peut être étendue avec des shields, comme le « Shield Ethernet » qui permet de connecter 12 Figure 7 : la connectique de la carte arduino [7] 1.1.8 Caractéristique Microcontrôleur ATmega328 Tension de fonctionnement 5V Tension d’alimentation (recommandée) 7-12V Consommation maxi admise sur port USB 500 mA avant déclanchement d’un fusible Broches E/S numérique 14 (dont 6 disposent d’une sortie PWM pour Broches d’entrées analogiques commander les moteurs) 6 (utilisables aussi en broches E/S Intensité maxi disponible par broche E/S (5V) numériques) 40 mA par sortie (mais attention : 200 mA Mémoire programme flash cumulé pour l’ensemble des broches E/S) 32ko Mémoire RAM (mémoire volatile) 2ko Mémoire EEPROM (mémoire non volatile) 1ko Vitesse d’horloge 16MHZ Tableau II. 2 : caractéristique d'une carte arduino UNO [8] 13 1.1.9 Brochage de la carte Uno Figure 8: brochage d'un carte arduino [13] 1.1.10 Les broches d'alimentations À utiliser est les suivantes : • 5V. La tension régulée utilisée pour faire fonctionner le microcontrôleur et les autres composants de la carte. Le 5V régulé fourni par cette broche peut donc provenir soit de la tension d'alimentation VIN via le régulateur de la carte, ou bien de la connexion USB (qui fournit du 5V régulé) ou de tout autre source d'alimentation régulée. • GND. Broche de masse ou 0V. [13] 1.1.11 Broches numériques En entrée ou sortie chacune des 14 broches numériques de la carte UNO (numérotées des 0 à 13) peut être utilisée soit comme une entrée numérique, soit comme une sortie numérique. Il suffit de les déclarer en début de programme. Certaines interfaces les ont déjà programmées (S4A) d'autres vous demande de le faire (S2A, ardublock). Ces broches fonctionnent en 5V. Chaque broche peut fournir ou recevoir un maximum de 40mA d'intensité. 14 De plus, certaines broches ont des fonctions spécialisées : • Broche 13. Dans la carte est incluse une LED connectée à la broche 13. Lorsque la broche st au niveau haut, la LED est allumée, lorsque la broche est au niveau bas, la LED est éteinte. Broches PWM. Elles pilotent les moteurs à courant continu en vitesse. On peut aussi les utiliser pour piloter une diode en luminosité. 1.1.12 Broches analogiques La carte Uno dispose de 6 entrées analogiques (numérotées de A0 à A5), chacune pouvant fournir une mesure d'une résolution de 10 bits (c'est à dire sur 1024 niveaux soit de 0 à 1023). En terme de tension la sensibilité est donc de 5/1024 = 4,88 mV [13] 1.1.13 Les avantages d’Arduino L’utilisation de la carte arduino offre les avantages majeurs suivants : Arduino est « Open Source ». Ce qui veut dire que vous pouvez récupérer le schéma d’origine, le modifier et l’utiliser pour produire la carte et la vendre sans payer des droits d’auteur. L’« Open Source » a permis de diffuser rapidement les cartes Arduino à travers le monde pour former une énorme communauté qui améliore et conçoit de nouvelles cartes toujours plus performantes. Le prix. Comme le schéma est libre et que vous ne payez pas de droit sur son utilisation des industries ont saisi l’occasion de produire les différentes cartes. Certaines respectent le schéma officiel ainsi que les composants préconisés à l’origine ce qui donne un prix avoisinant les 20-25 euros en Europe pour le modèle le plus populaire, la UNO. D’autres la produisent en utilisant des composants de moindre qualité ce qui permet de descendre énormément le coût de la carte (il est possible de l’avoir pour moins de 10 euros en cherchant bien). On les appelle les clones. Au niveau utilisation, les clones et les officielles sont très 15 semblables quoi qu’il faille avec certains clones effectuer certaines manipulations techniques pour pouvoir les programmer, mais la principale différence se situe sur la qualité de la carte. La communauté. Une communauté est très importante dans ce genre de projet. Cela facilite les échanges entre les utilisateurs sur les différentes cartes. Il existe de nombreux forums et de nombreuses documentations en ligne pour pouvoir utiliser la carte et surmonter les problèmes que vous pourrez rencontrer. La simplicité. Arduino rime avec la simplicité. Le projet a été conçu pour que des débutants en électronique et en programmation puissent concevoir des prototypes très rapidement de ce qu’ils ont en tête. Le multiplateforme. Pour programmer une carte Arduino et lui faire faire ce que vous avez en tête, il faut pour cela la connecter à un ordinateur et utiliser l’IDE Arduino, le logiciel permettant de programmer toutes les cartes Arduino. L’IDE est multiplateforme en étant disponible sous Windows, Mac OSX et Linux. Les « shields ». Ce sont des cartes supplémentaires qui se connectent directement et facilement sur une carte Arduino pour augmenter ses possibilités en rajoutant par exemple un GPS, une interface Ethernet ou Wifi, un écran LCD, un capteur, …etc. Bien entendu, il est possible de rajouter ses fonctionnalités en passant par des composants ce qui a l’avantage d’être moins coûteux mais beaucoup plus fastidieux à utiliser. Aucune limite. Utiliser une Arduino c’est l’adopter. Vous n’aurez aucune limite dans vos projets de conception sur Arduino. Enfin si une seule : votre imagination. A titre d’exemple, de nombreuses imprimantes 3D fonctionnent à base d’Arduino. C’est le cas notamment de la BCN3D+ que nous avions testée ici, qui est animée par une Arduino Mega. On peut réellement réaliser toutes sortes de projets grâce à cette petite carte. [12] 5- Capteur distance : 16 L’ultrason est une onde acoustique dont la fréquence est trop élevée pour être audible par l’être humain. Figure 9 : Principe du capteur à ultrason L’émetteur et le récepteur sont situés dans le même boîtier . L’émetteur envoie un train d’ondes qui va se réfléchir sur l’objet à détecter et ensuite revenir à la source. Le temps mis pour parcourir un aller –retour permet de déterminer la distance de l’objet par rapport à la source. Plus l’objet sera loin plus il faudra long temps pour que le signal revienne. [6] I .1. Capteur de distance à Ultrasons HC-SR04 17 Figure 10 : le capteur de distance à Ultrason HC-SR04 Un des deux petits cylindres sur la platine envoie desultrasons , l’autre cylindre récupère ceux qui reviennent suite à la collision avec un objet. En fonction du temps que l’onde aux ramis pour revenir, nous pourrons savoir la distance qu’elle a parcourue. [7] I .2.Le fonctionnement : il faut envoyer une impulsion niveau haut (à+5v) pendant au moins 10μ sur la broche ‘TrigInput’ ; cela déclenche la mesure . En retour la sortie ‘Output’ ou ‘Echo’, va fournir une impulsion +5v dont la durée est proportionnelle à la distance si le module détecte un objet Afin de pouvoir calculer la distance en utilisera la formule suivante DISTANCE = 𝒅𝒖𝒓𝒆é 𝒅 𝒊𝒎𝒑𝒖𝒍𝒔𝒊𝒐𝒏 𝒆𝒏 𝝁𝒔 𝟓𝟖 I .3. Les caractéristiques techniques du module sont les suivantes Tension de fonctionnement : 5Vdc Courant de fonctionnement : moins de 2Ma Signal de sortie en tension (0-5Vdc) Angle max de capteur : 15° Plage de détection : 2cm - 450cm Haute précision : 0,3cm Fonctionnement à l'impulsion sur la pin Trigger Largeur de pulse de trigger : 10μs 18 Sortie sur la pin Echo, durée de niveau haut fonction de la distance mesurée Figure 11 : Le brochage du module 6- Moteur à Courant Continu Un moteur à courant continu, ou CC, comporte essentiellement deux parties : Une partie fixe appelée inducteur ou stator constitué par aimant ou un électroaimant qui crée un champ magnétique dirigé vers l’axe du rotor . il est formé d’aimant pour les petits moteurs et des bobines parcourues par un courant continu. Une partie mobile appelée induit ou rotor , dans laquelle a lieu la transformation de l’énergie électrique à l’énergie mécanique . Le rotor bobiné relie à un collecteur rotatif inversant la polarité dans chaque enroulement rotorique au moins une fois par tour de façon faire circuler un flux magnétique transversal en quadrature avec le flux statorique . Les enroulements rotorique sont aussi appelés enroulements d’induits , ou Communément induit. Les parties fixes et mobiles sont séparées l’une de l’autre par un entrefer. Dans ces deux parties, on peut distinguer le collecteur, pôles inducteurs et balais et porte balais. Les balais assirent le passage du courant électrique entre l’alimentation et les bobinages de l’induit sous forme d’un contact par frottement. Les balais sont en graphite et constituent, en quelques sortes, la pièce d’usure .la graphite en s’usant libère une poussière 19 qui rend le moteur à courant continu sensible à un entretien correct et donc couteux. Figure 12 : les deux parties essentielles de MCC 1) I.5. Le circuit de pilotage des moteurs : le L293 en double Pont H Le L293(Figure II.6) est utilise pour contrôler la vitesse et le sens de rotation des moteurs a courant continu. Il peut faire tourner les moteurs en vitesse continue ou par pwm (pulse width modulation) Figure 13 : Circuit intégré L293D 20 Le L298 est un double pont en H qui permet de faire tourner les moteurs dans un sens ou dans l’autre sans avoir a modifier les branchements(Figure II.7) ,grâce a sa forme de H , d’où il tient son nom et qui lui permet de faire passer le courant soit dans un sens ou dans l’autre*5+. 2) Principe de fonctionnement du L293 les ports EN1 et EN2 (Figure ) permettent de gérer l’amplitude de la tension délivrée au moteur, grâce à un signal PWM. Les ports In1, In2 pour le moteur n°1 et In3, In4 pour le moteur n°2, permettent de contrôler le pont en H et par conséquent le sens de rotation des moteurs. La figure II.8 illustre un exemple de control d’un moteur connecte a la sortie A 21 Figure 15 :Control de la rotation d’un moteur et son freinage par le L298. 3) Le pont en H Le fonctionnement de base du pont en H est relativement simple, il permet d’alimenter le moteur dans un sens ou dans l’autre. En effet, (Figure II.9) lorsque Va=5V et Vb=0V, Q2 et Q3 (transistors) conduisent, la borne moins du moteur sera connectée à la masse et la borne plus à la tension d’alimentation faisant ainsi tourner le moteur de B vers A. Inversement, lorsque Va=0V et Vb=5V, Q1 et Q4 qui conduisent, la borne moins du moteur sera connectée à la tension d’alimentation et la borne plus à la masse faisant alors tourner le moteur de A vers B. lorsque les deux tensions de commande sont a zéro, le courant est nulle. Les diodes permettent au courant de réduire continûment lorsque les transistors sont bloqués. 22 Pour faire varier la vitesse du moteur, il faut appliquer une tension variable aux bornes de celui-ci. Pour ce faire, la commutation des transistors est commandée par un signal PWM (Pulse Width Modulation) de fréquence relativement élevée (> 10KHz). Le moteur passe ainsi de manière très rapide d’état alimenté a non alimenté et vice-versa. La tension moyenne vue par le moteur (charge inductive) sera alors déterminée par le rapport cyclique du signal PWM utilisé . Figure 16 :Schéma du principe de fonctionnement du pont en H 4) Caractéristiques du pont en H Les caractéristiques principales du circuit pont en H sont listées comme suit : Diodes de protections Un dissipateur (pour dissiper la chaleur en cas de forte charge) Un sélecteur pour sélectionner la source d'alimentation 4 Sélecteurs pour les résistances pull up Sortie pour 2 moteurs continus Indicateur LED pour sens de rotation moteur 23 Indicateur LED pour alimentation 5V Composant de contrôle en puissance: L298N Alimentation de la charge: de +6V à +35V Courant Max (en pointe): 2A Tension de commande logique Vss: de +5 à +7V (alimentation interne de +5V) Courant de commande logique: de 0 à 36Ma Tensions pour contrôle du sens: bas 0.3V~1.5V, haut: 2.3V~Vss Tensions pour contrôle "actif": 0.3V~1.5V, haut: 2.3V~Vss Puissance Max: 25W (Température 75 ℃) Température de fonctionnement: de -25℃ à +130℃ Dimensions: 60mm x 54mm Poids: ~48g 24 Chapitre 2 : les méthodes d’évitement d’obstacles 1) Evitement par régulation PID II.1. Introduction : L’évitement d’obstacles est un comportement de base présent dans quasiment tous les robots mobiles . Il est indispensable pour permettre au robot de fonctionner dans un environnement dynamique et pour gérer les écarts entre le modèle interne et le monde réel. Les méthodes que nous présentons sont efficaces à condition d ’avoir une perception correcte de l’environnement . Elles seront par exemple très efficaces avec un télémètre laser, mais donneront des résultats plus bruités avec des sonars. 2) Les méthodes d’évitement d’obstacle II.2.1. Evitement par régulation PID La régulation PID (Proportionnelle Intégrale Dérivée) est une méthode efficace pour contrôler.il sert à réduire l'écart qu'il y a entre une valeur de consigne et la valeur mesurée : l'erreur entre les coordonnées du robot et la consigne (la cible). II.2.2 Les paramètres du PID : Le rôle d'un algorithme de correction PID est d'améliorer 3 principales caractéristiques d'un système : la rapidité, la précision et la stabilité. La régulation a également besoin de 3 paramètres qui sont des coefficients initialises. un Paramètre pour la régulation proportionnelle ( 𝜅𝑝 ), un paramètre pour la régulation Intégrale ( 𝜅𝑖 ) et un parametre pour la régulation dérivée (𝜅𝑑 ). La manière la plus simple de choisir les paramètres est de le faire manuellement (par essais/erreurs) en changeant un paramètre à la fois. 𝜅𝑝 Aura une influence sur la rapidité d'un moteur, réduira l'erreur statique (erreur entre la valeur de la consigne et la valeur mesurée) et réduira les oscillations engendrées. Fonctionnement du PID : L'erreur observée est la différence entre la consigne et la mesure. Le PID permet trois actions en fonction de cette erreur : 25 Une action Proportionnelle: l'erreur est multipliée par un gain 𝜅𝑝 . Proportionnelle= 𝜅𝑝 ∗ e(t) (3.20) Une action Intégrale : l'erreur est intégrée sur un intervalle de temps t, puis multipliée par un gain 𝜅𝑖 . 𝑡 Intégrale=𝜅𝑖 ∗ ∫0 𝑒(𝑡) ∗ 𝑑𝑡 Une action Dérivée : l’erreur est drivée suivant un temps s, puis multipliée par un gain 𝜅𝑑 . Dérivée=𝜅𝑑 ∗ 𝑑𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 L’erreur entre la valeur mesurée et la consigne. 𝑒(𝑡) = 𝑙𝑎 𝑣𝑎𝑙𝑒𝑢𝑟 𝑚𝑒𝑠𝑢𝑟é – 𝑙𝑎 𝑣𝑎𝑙𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑔𝑛𝑒 Le signal de contrôle du robot: la vitesse angulaire, ou à quelle vitesse il change de cap) qui finit par être appliqué, est constitué de composantes P, I et D: 𝜇(𝑡) = 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑟𝑡𝑖𝑜𝑛𝑛𝑒𝑙𝑙𝑒 + 𝐼𝑛𝑡é𝑔𝑟𝑎𝑙𝑒 + 𝐷é𝑟𝑖𝑣é𝑒 𝑡 𝜇(𝑡) = 𝜅𝑝 ∗ e(t) + 𝜅𝑖 ∗ ∫0 𝑒(𝑡) ∗ 𝑑𝑡 + 𝜅𝑑 ∗ 𝑑𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 Le contrôleur PID est un contrôleur de boucle fermée (Figure III.5) Figure 17: asservissement par régulateur PID 26 Le fonctionnement du régulateur PID sur le robot Le robot est parcouru avec dés vitesses linéaires ν𝑑 et 𝜈𝑔 , si le robot détecte un obstacle, il évite l’obstacle (Figure III.6) avec un changement de vitesse ν𝑑 et 𝜈𝑔 . Il change le chemin vers la cible, le régulateur compare la nouvelle valeur mesurée et compare avec la valeur de la consigne. La comparaison c’est la valeur d’erreur e (t). Figure 18: Evitement d’obstacle par le robot Si e(t)>0, le signale de contrôle : 𝜇 = μmax Si e(t)<0, le signale de contrôle : 𝜇 = – μmax Si e(t)=0, le signale de contrôle : 𝜇 =0 L’influence du régulateur PID est directement liée a la vitesse angulaire (w) car les vitesses linéaires (équations (3.18) et (3.19)) sont proportionnelles a cette 3) Résumé de fonctionnement du robot mobile 27 28 29 30 31
