Mise en uvre et commande dun moteur pizolectrique

Mise en œuvre et commande d’un moteur piézo-électrique Responsable projet: Gilles DUCREUX Soutenance projet 1

SOMMAIRE Ø INTRODUCTION I. Objectifs du projet II. Introduction à l’effet piézoélectrique Ø PRESENTATION I. III. IV. V. VI. Ø Le moteur piézo-électrique Etude de la commande du moteur Instrumentation/Choix du capteur Etude des différents systèmes Conception de la maquette Tests CONCLUSION 2

INTRODUCTION Les objectifs du projet Les objectifs : Ø Mettre en œuvre le système: . Commande du moteur. Choix d’un capteur. Réalisation d’un banc de contrôle Les besoins : Ø Développer les connaissances en matière d’entraînement sur une nouvelle technologie, le moteur piézo-électrique 3

INTRODUCTION Introduction à l’effet piézoélectrique Principe physique : la déformation causée par l'effort de compression génère une séparation des centres des charges positives et négatives; d'où l'apparition d'un champ électrique. Effet direct : Déformation mécanique Effet inverse : Tension Déformation mécanique 4

PRESENTATION Le moteur piézoélectrique Alimentation du moteur Premier point: Utilisation de l’effet piézoélectrique inverse Ø L’alimentation de deux plaques séparées d’une distance d entraîne l’apparition d’un champ électrique Ø Si le signal d’entrée varie alors le champ E varie et rentre en vibration à la même fréquence que ce signal Ø Le matériau rentre alors en résonnance et se déforme de quelques μm Remarque: La fréquence du signal doit être la même que celle de résonnance des plaques (116 k. Hz) 5

PRESENTATION Le moteur piézoélectrique Deuxième point: Déformation mécanique Entraîne le rotor par friction Ø On excite les plaques céramiques avec une MLI dont la fréquence correspond à un mode propre de flexion du stator. Ø On combine deux vibrations sinusoïdales en quadrature dans le temps et l’espace. ØCréation d’une onde progressive au stator, entraînant le rotor par friction. 6

PRESENTATION Le moteur piézoélectrique Quelques caractéristiques Utilisé dans l’industrie des microsystèmes mécatroniques (montres, appareils photos. . . ). 7

PRESENTATION Le moteur piézoélectrique Avantages : : Inconvénients Ø Ø Moteur à friction Nécessité d’un : pas de casse mécanique en cas de autopilotage en tension Blocage (alimentation électrique complexe) Ø Fort couple de maintien (par rapport à son poids) Ø Usure importante (faible Ø durée Fonctionnement de vie). silencieux Ø Couple vitesse élevé à basse Ø Taille très réduite 8

PRESENTATION Etude de la commande du moteur Cahier des charges Afin de contrôler le déplacement du moteur, on réalise un asservissement de position. Le driver du moteur comporte une entrée de mesure analogique et une entrée de mesure numérique (A-B). FONCTION CRITERE NIVEAU FLEXIBILITE Délivrer un signal image de la position de la cible Précision < 10 μm F 1 Retourner l’information rapidement Temps de réponse < 100 μs F 0 Frottements faibles < 0, 5 N F 1 poids < 100 g F 2 Faible perturbation pour le moteur 9

PRESENTATION Instrumentation/Choix du capteur Essais avec le capteur optique analogique : PID PC Consigne +- Trait. DRIVER Commande moteur 5 V GND Analog. Signal Moteur Sharp GP 2 D 12 Bras de levier Capteur optique Cible 10

PRESENTATION Instrumentation/Choix du capteur Résultats obtenus: La courbe représente le déplacement de l’axe moteur donné par le programme ci-contre 11

PRESENTATION Instrumentation/Choix du capteur La réponse du capteur optique est non linéaire Problème de transmission de données CODEUR INCRÉMENTAL OEZ-025 -2 MC, 1024 PAS PAR TOUR. 12

PRESENTATION Etude des différents systèmes Système à bras de levier Précision : ∆x = (L+r)sin (∆α) = 138 μm 13

PRESENTATION Etude des différents systèmes Système direct Précision : ∆x = ∆α. r = 21, 5 μm 14

PRESENTATION Etude des différents systèmes Système à poulies α. r = β. R 2 et ∆x=β. R 1 Précision : ∆x = ∆α. r. R 1/R 2 = 7 μm 15

PRESENTATION Conception de la maquette Fonctionnement de l’asservissement du moteur 16

PRESENTATION Tests Essais du système en boucle fermée: Ø Déplacements relatifs et absolus Ø Réglages des coefficients PID Driver Logiciel +- PID Traitement Capteur ØRéglages des valeurs limites de déplacement 17

PRESENTATION Tests Essai du système en boucle fermée : 18

CONCLUSION Diagramme de Gantt Comparaison entre l’estimation et la réalité Répartition des tâches prévues Répartition des tâches réelles 19

CONCLUSION Bilan des tâches remplies: - Construction de la maquette - Fonctionnement du moteur en boucle fermé Perspectives: - Réglage des PID pour un fonctionnement optimal - Réalisation industrielle de la maquette 20