Système asservi numérique SYNUM 1-PRESENTATION DU SYSTEME Le banc est composé d’une partie commande appelée carte « REGNUM » et d’un montage électromécanique (réalisant la partie opérative) où l’actionneur est un petit moteur à courant continu intégrant en bout d’arbre un codeur incrémental à 500 fentes .La charge mécanique ( frein à courant de Foucault) est entraînée directement par le moteur . Le couple résistant peut être modifié par déplacement d’un aimant permanent dans l’entrefer duquel tourne un disque en aluminium. 2-MESURES DE POSITION ET DE VITESSE Pour obtenir l’information déplacement angulaire , on compte (ou décompte) toutes les transitions ( changement d’état ) des deux signaux A et B du codeur , soit 2000 par tour ( codeur 500 fentes). Une transition s’exprimera comme toutes les grandeurs numériques en incrément ( inc ). Pour obtenir l’information vitesse , il suffit de compter les transitions pendant un intervalle de temps constant appelé période d’échantillonnage (Te) Ainsi si on compte par exemple 35 inc pendant Te = 1,04 ms la vitesse de rotation en tr/min 35.10 3.60 est : 1010 tr/min 1,04.2000 3-PRESENTATION DU LOGICIEL Pour commander le système , on peut utiliser le clavier situé sur la carte « REGNUM » . Nous utiliserons le logiciel M-SYN (liaison série). Dés l’ouverture , deux schémas du système peuvent apparaître en fonction du choix de la cession précédente. Partie commande Module M24 Partie opérative Module M26 Système en boucle ouverte Charge I n u t re ar n f ta c e cI o r l i n é a i r d e' x c i eT y p e E c h e l o n t a t i o n S S k i = 1 . 0 m A / i n c 1 M Compteur décompteur Codeur Tem M Compteur décompteur N m r n Partie opérative Module M26 Partie commande Module M24 n m Système en boucle fermée Charge m T y p e d e' x c i t a t i o n t re ar n f ta c Ce o o u E c h e l o n cI n C + E K n n i C C V - I r l r i e n cé t a e i ur r e S K k i e = 1 . 0 m A / i n c T M Compteur décompteur Codeur N m On constatera que le moteur est ici commandé en courant ( par l’intermédiaire de l’interface linéaire courant ILC ) : ki = 1 mA/inc. En effet gérer la vitesse du moteur c’est également gérer son couple donc son courant. Note: on peut également choisir d’autres types de commande telle que la commande en tension( plus courante et bien connue des élèves). Pour choisir le mode de fonctionnement , cliquer sur choix dans la barre des tâches , puis type de commande . Deux possibilités sont proposées : en boucle ouverte régulateur intégré HCTL1000 (donc en boucle fermée) puis au choix : CPV (commande proportionnelle en vitesse) CIV (commande intégrale en vitesse) POS (commande en position) 4-MANIPULATIONS On se propose d’étudier le système ( en boucle ouverte et boucle fermée) et de se familiariser ainsi avec les asservissements. La charge mécanique ( frein à courant de Foucault) ne sera jamais modifiée . L’impression de courbes ne se fera qu’après accord du professeur . 1°)En boucle ouverte (pas de retour codeur) Dans un premier temps vous allez prendre en main le logiciel . Une fois familiarisé avec celui-ci, relever et imprimer la réponse en vitesse n(t) du système à une consigne courant Sr = 80 inc . Indiquer les intervalles de temps correspondant au régime transitoire(ou dynamique)et au régime établi(ou statique). Cet essai est une première approche du comportement du système. L’étude théorique montre qu’il est du premier ordre (voir cours de Physique). Exploitation On donne en annexe les caractéristiques du moteur utilisé : référence 219E ; A partir de celles-ci déterminer le couple électromagnétique de consigne du moteur. La caractéristique mécanique de la charge ( frein à courant de Foucault) est de la forme : Tr = k.n En négligeant le couple de pertes du moteur , déterminer la valeur de k . Dessiner dans le plan couple-vitesse les caractéristiques du moteur (commandé en courant) et de la charge .Faire apparaître le point de fonctionnement en régime établi. 2°) Commande proportionnelle en vitesse(CPV) On va s’intéresser aux performances du système asservi si on multiplie l’erreur E en K sortie de comparateur par un coefficient Kr = (correction proportionnelle). 4 Relever sur une même feuille les réponses n(t) et E(t) à une consigne de 1000tr/min avec les valeurs suivantes : Kr = 1 (sans correction) , Kr = 4 , Kr = 8 et Kr = 20 . Exploitation : dans un tableau , rapporter pour les valeurs de Kr précédentes, la durée du régime transitoire ainsi que l’écart de vitesse (en tr/min) entre la consigne et la sortie en régime établi . Commenter . 3°) Commande intégrale en vitesse(CIV) On veut une rampe d’accélération amenant le moteur à 1000tr /min en 0,5s . Calculer l’accélération en tr/s2. Vérifier le réglage Zéro =$E5 et Pole =$40 . 1 , Kr = 1 et Kr = 4 , relever l’évolution de la vitesse du moteur n(t). 4 Tracer la consigne sur chaque relevé et commenter. Pour Kr = 4°) Commande en position(POS) Régler Zéro = 0 et Pole = 0. Pour Kr = 1 (sans correction) et Kr = 1 , relever la réponse du système à une consigne 4 position de 360°. Qu’en pensez-vous ? Sans consigne d’entrée , régler Kr = 5 et observer le disque gradué .Décrire le phénomène. 5-POUR FINIR… Déterminer la constante de temps du système en boucle ouverte (il suffit pour cela de mesurer le temps au bout duquel la vitesse de rotation atteint 63% de sa valeur en régime établi). Comparer à e et L Rappel : e = R Sachant que = m respectivement constante électrique et mécanique du moteur . J .R avec J :moment d’inertie de l’ensemble rotor- disque en aluminium K T2 R : résistance de l’induit KT : constante de couple Déterminer J. En déduire le moment d’inertie du disque en aluminium ( frein à courant de Foucault).