Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Pour chaque problématique de conception de systèmes mécatroniques, peut être proposée une solution méthodologique basée sur le langage bond graph et la modélisation inverse. L'exemple d'un moteur à courant continu actionnant une charge inertielle en rotation permet d'illustrer l'idée principale de l'inversion. L'utilisation du bond graph dans le contexte de la modélisation directe et inverse autorise une méthodologie s'inscrivant dans le cycle en V, entre la phase de définition fonctionnelle du produit (concepts) et celle géométrique des composants du produit à réaliser (prototypes). Les concepts clés utilisés, en particulier la notion d'analyse structurelle, permettent au concepteur de tester si son problème de conception est bien posé. Il peut ainsi utiliser directement les données de son cahier des charges pour déterminer les inconnues de son problème de conception (dimensions des composants répondant aux critères dynamiques et énergétiques spécifiés).
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For every issue concerning the design of mechatronic systems, a methodological solution can be proposed based upon the bond graph language and inverse modeling. The example of a DC motor driving a rotating inertial load serves to illustrate the principal idea of ??inversion. The use of the bond graph in the context of direct and inverse modeling allows methodology registering in the V cycle, between the definition phase of each product (design) and the geometric components of the product to be achieved (prototypes). The key concepts used, particularly the notion of structural analysis, allows the designer to test whether its design problem is correctly established. The data derived directly from the specifications can also be used in determining the unknown factors of the design problem (dimensions of the components which meet the specified dynamic and energetic criteria).
Auteur(s)
-
Wilfrid MARQUIS-FAVRE : Maître de conférences, HDR - Enseignant/chercheur
-
Audrey JARDIN : Docteur en électronique, électrotechnique et automatique - Ingénieur/chercheur
INTRODUCTION
A travers l'utilisation du langage bond graph couplé à une approche par modèle inverse pour la conception de systèmes mécatroniques sur des critères dynamiques et énergétiques, la méthodologie développée propose une démarche de conception s'inscrivant dans le cycle en V entre la phase de définition fonctionnelle du produit (concepts) et celle géométrique des composants du produit à réaliser (prototypes). Elle doit permettre au concepteur d'utiliser directement les données de son cahier des charges (spécifications) pour déterminer les inconnues de son problème de conception (dimensions des composants répondant aux critères dynamiques et énergétiques spécifiés).
Un exemple sur l'utilisation du bond graph dans le contexte de la modélisation directe et inverse permet de faire brièvement un certain nombre de rappels sur le langage et de montrer son exploitation pour reconstruire une entrée d'un modèle à partir d'une spécification donnée en sortie.
Les concepts clés utilisés par l'approche proposée, en particulier la notion d'analyse structurelle, permettent au concepteur de tester si son problème de conception est bien posé. Cette analyse ouvre sur différents autres niveaux d'analyse précisant à quel niveau de la structure physique (architecture, phénomènes, paramètres), la (re)conception peut avoir lieu. Pour cela, les notions de ligne de puissance, de chemin causal et de bicausalité sont introduites.
Pour chaque problématique de conception proposée, une solution méthodologique est basée sur le langage bond graph et la modélisation inverse suivant les étapes :
-
de validité du modèle de conception ;
-
de validité du cahier des charges ;
-
de spécification et sélection de composant ;
-
de validation de composant sélectionné ;
-
de détermination de loi de commande en boucle ouverte.
Ce dossier n'a pas pour but de présenter les concepts de base du langage bond graph et le lecteur est invité à se reporter aux dossiers suivants :
-
« Les bond graphs et leur application en mécatronique » [S 7 222] ;
-
« Utilisation des graphes de lien en électronique de puissance » [D 3 064] ;
-
« Modélisation par bond graph – Éléments de base pour l'énergétique» [BE8280];
-
« Modélisation par bond graph – Applications aux systèmes énergétiques [BE 8 281] ;
-
« Graphes de liens causaux pour systèmes à énergie renouvelable » [D 3 970] et [D 3 971]
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Présentation
Concepts méthodologiques
En anglais
1. Exemple introductif
L'exemple d'un moteur à courant continu actionnant une charge inertielle en rotation permet, d'une part, d'illustrer l'idée principale de l'inversion sur laquelle repose la méthodologie mise en œuvre dans les paragraphes suivants et, d'autre part, de faire un bref rappel des notions clés du langage bond graph.
1.1 Présentation du modèle
Le schéma de principe de cet exemple est donné sur la figure 1. Le modèle de ce moteur à courant continu tient compte de la partie électrique (circuit induit avec sa source de tension u, sa résistance R et son inductance L ). Le couplage électromécanique est caractérisé par une constante de couple k c et, sur la partie mécanique, les inerties J m de l'arbre moteur et J c de la charge sont prises en compte. Un réducteur de rapport fixe 1/N est monté entre le moteur et la charge, et des frottements de type visqueux (coefficient b c) sont supposés sur l'arbre de charge.
La représentation bond graph acausale de ce modèle est donnée sur la figure 2. Le lecteur pourra se référer par exemple à pour une présentation complète du langage et les règles de construction d'une représentation associée à un modèle de connaissance.
Bien que toutes les informations mathématiques sur le comportement de ce modèle soient présentes dans cette représentation, le qualificatif « acausal » signifie qu'aucune option n'a encore été prise sur l'organisation des équations régissant ce comportement. Ce niveau de représentation informe sur les hypothèses de phénomènes physiques pris en compte et la manière dont ils sont connectés entre eux, « énergétiquement » parlant. Cette représentation permet de mener différents types d'étude sans avoir à réécrire le modèle.
Par exemple, la forme acausale des équations associées à la représentation bond graph de la figure ...
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Exemple introductif
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BIDEAUX (E.), LAFFITE (J.), DERKAOUI (A.), MARQUIS-FAVRE (S.), SCAVARDA (S.), GUILLEMARD (F.) - Design of a hybrid vehicle powertrain using an inverse methodology. - In Proceedings of the International Power Transmission and Motion Control Workshop, Bath, Angleterre, sept. 2005.
-
(2) - BIDEAUX (E.), MARQUIS-FAVRE (W.), SCAVARDA (S.) - Equilibrium set investigation using bicusality. - In Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems. Special Issue on Bond Graph Modelling, vol. 12, p. 127-140, avr.-juin 2006.
-
(3) - COMMAULT (C.), DION (J.M.) - Structure at infinity of linear multivariable systems : A geometric approach. - IEEE Transactions on Automatic Control, 27(3), p. 693-696, juin 1982.
-
(4) - DAUPHIN-TANGUY (G.) - Les bond graphs. - Traité IC2 Information – Commande – Communication. Hermès Sciences, Paris, 2000.
-
(5) - DESCUSSE (J.), DION (J.M.) - On the structure at infinity of linear square decoupled systems. - IEEE Transactions on Automatic Control, 27(4), p. 971-974, août 1982.
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Utilisation des graphes de lien en électronique de puissance.
-
Modélisation par bond graph – éléments de base pour l'énergétique.
-
Modélisation par bond graph – Applications aux systèmes énergétiques.
-
Graphes de liens causaux pour systèmes à énergie renouvelable (partie 1).
-
Graphes de liens causaux pour énergie renouvelable (partie 2).
ANNEXES
MTT – Model Transformation Tool http://mtt.sourceforge.net
ESACAP Simulation Program https://www.hellopro.fr/logiciel-de-simulation-esacap-2004420-1292067-produit.html
MS1 Software http://www.lorsim.be
HAUT DE PAGE
International Conference on Bond Graph Modeling and Simulation : tous les deux ans (prochain en 2012)
HAUT DE PAGE3.1 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Laboratoire Ampère, UMR CNRS 5005 http://www.ampere-lab.fr
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