Activité 2 - Présentation des Centres d`intérêts

TRAVAUX PRATIQUES
SCIENCES INDUSTRIELLES POUR L’INGENIEUR
Code TP
CI1 ingénierie système et communication
CI2 comportement des systèmes numériques
PILOTE
Série 2
Problématique
Comment modéliser et contrôler la position du pilote automatique d’un voilier ?
Système
Pilote
Un pilote automatique est un système dont le but est de maintenir le cap d’un bateau.
Le pilote automatique TP32 (solution électrique) permet à une embarcation de suivre un cap bien défini. Sa
chaine d’énergie, électrique et compacte, nécessite peu de maintenance. Les plaisanciers peuvent installer
ce type de pilote sur tous types de voiliers.



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Objectifs
Compléter la maquette numérique en intégrant les contraintes fonctionnelles d'assemblage.
exploiter et interpréter les résultats d'une simulation
Proposer, justifier et mettre en œuvre un protocole expérimental
Connaître la représentation des nombres dans les systèmes numériques
Activité 1 (2h)
Modélisation cinématique et simulation du mouvement
Activité 2 (2h)
Mesure de la position de la tige
Activité 3 (2h)
Description du comportement numérique de la chaîne d’information
Activité
commune de
synthèse
le chef de projet synthétise les études et présente oralement les résultats des activités
pratiques.
(40’ + 5’)
Documents sur les activités pratiques site fltsi, rubrique TP TSI1,
(fiches outils, DR, modèles...) en local : saisir fltsi/ dans la barre du navigateur
web
: saisir fltsi.fr dans la barre du navigateur
Ressources
Documents sur les systèmes du laboratoire en local : saisir systemes/ dans la barre du navigateur
(doc techniques, procédures, Sysml...)
Activité 2 (2h)
Responsabilité
Documents
Contexte
Questions
Vous êtes chargé d’effectuer des essais et les mesures de validation des activités 1 et 3
Document constructeur
Capteur à effet hall
Doc réponse
Protocole de mesure
Vous avez la maitrise des mesures sur le pilote : vous assurez vos propres mesures pour répondre à
l’activité 2 mais devez également répondre aux sollicitations de vos camarades.
Le contrôle de la position de la tige est assuré par deux capteurs à effet hall placés sur la poulie.
Q1 Etudier le principe du capteur à effet hall et établir l’intérêt de placer deux aimants inversés sur la
poulie.
Q2 Repérer les capteurs sur le schéma de la carte électronique et donner la valeur des sorties FB1 et FB2
à l’état repos.
Q3 Représenter sur un chronogramme l’évolution de FB1 et FB2 lorsque le moteur tourne.
Q4 Proposer un protocole de mesure pour vérifier votre chronogramme.
Q5 Mettre en œuvre ce protocole et imprimer vos relevés.
Q6 Exploiter vos relevés pour déterminer la vitesse angulaire de la poulie et le sens de rotation.
Q7 Proposer un protocole de mesure de la vitesse de sortie de la tige.
Q8 Mettre en œuvre ce protocole et en déduire la vitesse linéaire de la tige.
Q9 Etablir le lien entre la vitesse de sortie de la tige et la vitesse de la machine à courant continu.
Bilan activité 2
Q10 Faire le lien entre la problématique posée et le travail effectué
Denis Guérin / Frédéric Poulet
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TSI Eiffel Dijon
Activité 1 (2h)
Responsabilité
Documents
Vous devez compléter la maquette numérique et simuler le mouvement
 Document Réponse : A1_DR1_PILOTE
 Aide à l’utilisation du logiciel de CAO
INVENTOR :
Sélectionner
« Animations
de
démonstration »
Ouvrir « Autodesk Inventor ». Si nécessaire, rechercher une aide dans
les modules « Composants » et « Contraintes »
Objectifs de modélisation : avoir une certaine maitrise pour placer des
composants dans un assemblage, mettre en place les contraintes et
réaliser une simulation dynamique (vérification données géométriques
et cinématiques du CdCF).
Contexte
Questions
L’architecture du pilote automatique TP32 étant proposée, vous devez valider certaines données du cahier
des charges.
Q1 A partir du schéma cinématique du pilote (document A1_DR1_PILOTE), compléter le graphe des
liaisons correspondant.
Q2 Au bas de ce même document, le schéma cinématique du pilote installé dans son environnement est
donné. Reporter tout d’abord les noms des composants sur le
modèle CAO ; puis indiquer les liaisons toujours sur ce modèle.
Q3 Ouvrir le document pré-assemblé "pilote_TP_s2_Act1.iam" et
placer les 2 fichiers nécessaires au montage du pilote sur le banc
(fichiers présents dans le répertoire « Pilote TP32 2014 »).
Si nécessaire, suivre au préalable les aides apportées par les
tutoriaux (cf. haut de page).
Q4 Mettre en place les différentes contraintes d’assemblage
respectant les mobilités définies par le schéma cinématique.
N’oubliez pas de sauvegarder régulièrement votre travail
Faire valider votre assemblage par un professeur
Q5 Lancer le module de « simulation dynamique ». Des liaisons sont créées automatiquement. Vérifier
leur concordance avec celles définies dans le schéma cinématique et vérifier « l’état du mécanisme ».
Modifier si nécessaire.
On souhaite déterminer la fréquence de rotation du moteur permettant à la tige du pilote de respecter les
vitesses définies dans le cahier des charges.
Q6 Sélectionner la liaison qui imposera le mouvement au mécanisme. Ouvrir les « propriétés » de cette
liaison. Dans le degré de liberté disponible, modifier le mouvement imposé en l’activant. Compléter les
paramètres de l’entrainement en vitesse selon vos paramètres.
Q7 Lancer la simulation, observer les mouvements des pièces. Ajuster le modèle si nécessaire.
Q8 A partir du « graphique de sortie », déterminer la fréquence de rotation du moteur en tr/min
correspondant à la vitesse de sortie de tige définie précédemment.
Q9 Vérifier également que l’amplitude angulaire du safran est bien respectée.
Q10 Demander à votre camarade de l'activité 2 de relever expérimentalement la vitesse de sortie de la tige
du pilote ainsi que la fréquence de rotation de la machine à courant continu. Comparer les différents
résultats obtenus. Justifier les différents écarts de valeurs constatés.
Bilan activité 1
Q11 Faire le lien entre la problématique posée et le travail effectué.
Denis Guérin / Frédéric Poulet
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TSI Eiffel Dijon
Activité 3 (2h)
Responsabilité
Documents
Contexte
Questions
Vous devez analyser la chaîne d’information qui permet de contrôler la position du pilote automatique
 Document constructeur : capteurs à effet hall
 Document constructeur : données caractéristiques de la transmission (fonction Transmettre)
La position de la tige du pilote est contrôlée à partir du nombre de tours et du sens de rotation de l’axe de la
poulie, entrainée par la machine à courant continu.
Cette mesure est effectuée par deux capteurs à effet hall qui détectent deux aimants placés sur la poulie.
Le calculateur reconstitue à partir de cette mesure la position λ (m) de la tige et stocke sa valeur dans un format
complément à 2 dans un registre 8 bits.
ACQUERIR (travail en collaboration avec l’activité 2)
Q1 Localiser les capteurs et les aimants sur le système à l’aide des documents constructeur.
Q2 Localiser les capteurs sur le schéma de la carte électronique.
TRAITER
Le nombre d’incréments (donc la position λ de la tige) est stocké par le calculateur dans le mot B dans le
format CV registre 8 bits.
Q3 Exprimer en binaire le mot Bmin représentant la valeur minimale et le mot Bmax représentant la valeur
maximale du mot B. Coder et exprimer ces 2 mots en hexadécimal notés Hmin et Hmax.
Q4 Demander à votre camarade de l’activité 2 d’établir expérimentalement le lien entre la position de sortie de
la tige et le nombre d’incréments du mot B.
Q5 En attendant sa réponse, utiliser le document « données caractéristiques de la transmission » pour établir
ce lien entre la position de la tige et le nombre d’incréments.
Q6 Représenter, pour les variations totales, le graphe liant la valeur hexadécimale H à la vitesse H = f( )
Q7 Quel est le quantum de position lorsque le registre du mot B est incrémenté de 1 ?
Pour piloter le système, une consigne de position (mot A grandeur d’entrée fixe) est comparée à la mesure B de la
position de la tige. Le calculateur élabore l’écart, qui permet de commander l’actionneur (Si la mesure est égale à
la consigne, la position est atteinte et l’écart est nul : la machine à courant continu est à l’arrêt).
Q8 Quel doit être le format et la taille du registre du mot A pour que cette opération soit possible.
Q9 Donner l’expression de E (l’écart) en fonction de A (consigne) et B (mesure). Quel est le type d’opération
(logique, arithmétique) effectuée par le calculateur.
Q10 L’écart est un nombre entier relatif. Donner la plage des valeurs possibles et la taille du registre nécessaire
au stockage de sa valeur.
Q11 Pour un correcteur P la valeur peut varier de 0 à 255. Déduire le nombre de bits pour coder le coefficient P.
Q12 Lorsque l’erreur et le coefficient P sont maximaux, déduire la taille du registre de codage (en nombre de
bits) en sortie de correcteur.
COMMUNIQUER
Le hacheur 4 quadrants alimentant la machine à courant
continu délivre une tension moyenne UM aux bornes du
moteur variable entre 0 et +12V (ou 0 et -12V) selon la valeur
du rapport cyclique α variable de 0 à 1. Pour cela on utilise un
port MLI du microcontrôleur codé sur 8 bits, qui génère le
signal suivant.
Q13 Etablir la relation entre l’octet de codage du rapport cyclique noté M A du microcontrôleur, et la tension
moyenne UM aux bornes du moteur. Tracer le graphe de transfert.
Q14 Déduire la plus petite variation possible du rapport cyclique (en %) et la plus petite variation de la tension
moyenne de sortie (quantum en V/inc).
Q15 Demander à votre camarade de l’activité 2 de mesurer la tension aux bornes de la machine à courant
continu avec un oscilloscope, de lire la valeur moyenne et de mesurer simultanément la vitesse de rotation
de la machine à courant continu.
Q16 De la mesure précédente, déduire la constante de vitesse K en V/rd/s et déterminer la variation de vitesse
associée à une variation d’un incrément du port MLI.
Q17 Quel inconvénient présente la numérisation vis-à-vis d’une commande analogique ?
Bilan activité 3
Q18 Faire le lien entre la problématique posée et le travail effectué.
Denis Guérin / Frédéric Poulet
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TSI Eiffel Dijon
Activité commune (40 min + 5 min)
Synthèse et restitution orale
A l’issue des temps d’activités, le chef de projet gère la mise en commun des travaux effectués. Il synthétise les études et
résultats obtenus avec pour objectifs de :
- comprendre et expliquer le lien entre les 3 activités et la problématique posée,
- compléter la « fiche bilan » distribuée,
- qualifier et quantifier (dans la mesure du possible) les écarts constatés entre mesures, simulations et données du cahier
des charges,
- présenter oralement au professeur cette synthèse ainsi que les principaux résultats obtenus en respectant les critères
d’évaluation donnés.
Pistes de travail de
1. Définir le contexte général d’utilisation du système étudié (cadre 1, page 2/4)
synthèse proposées
2. Préciser si le système est réel ou didactisé (adapté pour la formation et l’apprentissage) ; citer
les principales adaptations et différences (cadre 1, page 2/4)
3. Situer les principaux constituants des chaines d’énergie et d’information ; Ce qui vous
permettra de présenter le fonctionnement du système avec le vocabulaire adapté (cadre 1,
page 2/4)
Le chef de projet
4. Reprendre la problématique donnée et la reformuler pour la rendre compréhensible par tout
prend des notes sur
le groupe (cadre 2, page 2/4)
la fiche de synthèse
5. Chaque étudiant apporte des informations résumant ses travaux effectués au reste du groupe.
distribuée
Le chef de projet complète la page 1/4 en conséquence.
Informations à apporter : type de travail et démarche suivie, résultats chiffrés, courbes
obtenues, schémas réalisés, …
6. Le chef de projet reprend les points clefs des activités et les reformule en vue de la
présentation orale (cadre 3, page 2/4)
7. Repérer et justifier les écarts éventuels observés (page 3/4)
8.
9.
Conclure en apportant des éléments de réponse sur la problématique posée (cadre 4, page 2/4)
Préparer tout ce qui vous sera utile pour votre exposé oral (durée maxi 3’ à 5’)
 intervention orale auprès du professeur dès que vous êtes prêt
10. Glisser tous les documents de travail dans la fiche bilan. Penser à renseigner correctement vos
courbes : titre, intitulé des axes avec les unités, les valeurs importantes
11. Ranger vos postes de travail
Denis Guérin / Frédéric Poulet
4/4
TSI Eiffel Dijon