Bond graph pour la conception de systèmes mécatroniques

À 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,

• validité du cahier des charges,

• spécification et sélection de composant,

• validation de composant sélectionné,

• 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 liens en électronique de puissance » [D 3 064],

• « Modélisation par bond graph–Éléments de base pour l'énergétique » [BE 8 280],

• « 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].

Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des symboles et des sigles utilisés.