Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
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). Cet article propose les outils pour répondre à différentes phases de la conception de systèmes mécatroniques basés sur cette méthodologie. Un exemple simple introductif permet d’illustrer l'idée principale de l'inversion. Ensuite, les différents concepts clés sont présentés. Enfin, les différentes phases méthodologiques pour la conception sont proposées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Wilfrid MARQUIS-FAVRE : Professeur des universités - Enseignant/chercheur - Villeurbanne, France
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Audrey JARDIN : Docteur en électronique, électrotechnique et automatique - Ingénieur/chercheur - Chatou, France
INTRODUCTION
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.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de août 2011 par Wilfrid MARQUIS-FAVRE, Audrey JARDIN
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
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Présentation
Glossaire4. Conclusion
Le matériel présenté dans ce dossier s'est attaché à montrer comment et pourquoi utiliser une approche par modèle inverse s'appuyant sur le langage bond graph. Dans un processus de conception, l'approche par modèle inverse se conçoit naturellement puisque généralement, les données du problème de conception sont exprimées sur les sorties qui, pour l'occasion, doivent jouer le rôle d'entrées dans la résolution du problème. Cette approche amène, entre autres, à un gain de temps et de pertinence dans le processus de conception (marges de dimensionnement, dimensionnement dynamique, origine du sous-dimensionnement…).
Dans ce contexte, le langage bond graph se montre intéressant dans la modélisation pour la conception puisque tout en étant un outil graphique pour l'analyse et la synthèse, il est proche de la physique et permet de représenter les aspects pluridisciplinaires et multitechnologiques des systèmes. Il est donc bien adapté pour représenter la complexité des systèmes mécatroniques, intégrant partie puissance et partie commande. En outre, il propose différents niveaux de description et d'information sur un modèle et différents niveaux d'analyse permettant de guider le concepteur dans son processus de (re)conception. Par exemple, la mise en œuvre des critères d'inversibilité structurelle et l'inversion s'effectuent au niveau graphique et de manière relativement simple. Le caractère acausal du langage permet également de mettre en place un modèle de connaissance qui peut être manipulé de différentes manières du point de vue des équations (directe ou inverse) suivant la problématique et sans nécessiter de reprendre tout le travail de modélisation.
Pour mettre en œuvre une approche par modèle inverse à travers le langage bond graph, un certain nombre de concepts clés ont été détaillés comme ceux de la ligne de puissance, du chemin causal ou de la bicausalité. Ces concepts participent à l'analyse structurelle permettant d'appréhender des propriétés de modèle de systèmes physiques indépendamment des valeurs numériques des paramètres. Cela offre l'avantage de pouvoir qualifier le problème de conception avant toute simulation numérique, d'accéder à une connaissance élargie du problème de conception et également de guider le concepteur sur ses choix de conception.
Sur la base de ces outils, un certain nombre de problématiques ont été...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DAUPHIN-TANGUY (G.) - Les bond graphs. Traité IC2 Information – Commande – Communication. - Hermès Sciences, Paris (2000).
-
(2) - FOTSU NGWOMPO (R.) - Développement d'une méthodologie de dimensionnement des éléments d'un système : application au cas d'une suspension hydropneumatique. - Rapport technique, Laboratoire d'Automatique Industrielle, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, Villeurbanne, France (1998).
-
(3) - LAFFITE (J.) - Aide à la conception et au dimensionnement énergétique et dynamique de systèmes mécatroniques par une approche inverse : application aux chaînes de transmission automobiles. - Thèse scientifique, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, Villeurbanne, France (2004).
-
(4) - JARDIN (A.) - Contribution à une méthodologie de dimensionnement des systèmes mécatroniques : analyse structurelle et couplage à l'optimisation dynamique. - Thèse scientifique, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, Villeurbanne, France (2010).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Utilisation des graphes de liens 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 systèmes à énergie renouvelable (partie 2).
ANNEXES
MTT – Model Transformation Tool
MS1 Software
HAUT DE PAGE
International Conference on Bond Graph Modeling and Simulation : tous les deux ans (prochain en 2024)
HAUT DE PAGE
Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Laboratoire Ampère, UMR CNRS 5005 http://www.ampere-lyon.fr/
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