Colle Info Radar de poursuite
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Colle Info Radar de poursuite
CPGE / Sciences Industrielles pour l’Ingénieur Colle informatique RADAR DE POURSUITE Objectifs: • Modéliser l’asservissement en position angulaire de l’antenne d’un radar de poursuite. • Etudier et améliorer les performances de cet asservissement. Première partie : Présentation du système On envisage l’étude de l’asservissement en position angulaire de l’antenne d’un radar de poursuite destiné à connaître avec précision la position et la vitesse d’un mobile évoluant dans l’espace aérien. Le système comporte une antenne parabolique émettant dans une direction précise appelée axe radio-électrique. Cet axe est repéré par les angles de « site » et de « gisement » comme le montre la figure ci dessous. Des capteurs de position permettent d’avoir en permanence une image des angles θs et αs Parabole M Salette- Lycée Brizeux- Quimper En présence d’une cible réfléchissante, l’écho reçu par la parabole dépend du “dépointage angulaire” entre l’axe radio-électrique et la ligne de visée. Le dispositif radar est capable de délivrer deux tensions proportionnelles aux écarts angulaires (θe - θs) et (αe - αs ) . θs Réducteur Valeurs numériques: • Inertie de l’ensemble antenne, moteur, réducteur rapportée à l’arbre du moteur: J = 19.10-3 Kg.m² • Rapport de réduction: r = 1000 • Coefficient de vitesse du moteur: Km = 0,5V/(rd.s-1) • Résistance de l’induit du moteur: R= 0,5Ω • Coefficient d’amplification de puissance: U2/U1 = A = 10 • Tension maxi du moteur: 400 V • Accélération max du moteur 8 rad/s2 θm ampli Moteur à CC U2 U1 1 – Fonction de transfert du moteur : Le moteur utilisé est un moteur à courant continu dont on rappelle les équation (l’influence de l’inductance étant négligée): • Loi d’Ohm: u2 (t) − e(t) = Ri(t) • Equations électro-mécanique: Cm (t) =K i(t) et e(t) = K ω (t) • Principe fondamental de la dynamique: C (t ) = J . dωm (t ) m dt : Colle Info Radar de poursuite.docCréé le 30/01/2011 – Page 1 sur 3 CPGE / Sciences Industrielles pour l’Ingénieur Colle informatique u2 : tension de commande d’induit. i : courant d’induit. L : self d’induit. R : résistance d’induit. e : force contre-électromotrice du moteur. 1- : Exprimer les équations de fonctionnement dans le domaine de Laplace, Construire le schémabloc ayant U2(p)en entrée et Ωm(p)en sortie. En déduire la fonction de transfert du moteur Hm(p). 2- Exprimer sous forme numérique cette fonction de transfert 3- Construire le schéma sous Didacsyde e H s N(s) D(s) Mettre une entrée échelon, retard = 0, amplitude = 100, - Transmittance : on donne les coefficients de la fonction suivant l’ordre décroissant des coefficients du polynôme (séparés par une virgule). Exemple : pour le polynôme H ( p) = 3. p + 2 , on saisit 0,3 + 5. p 2 4- Lancer [Analyse][Réponse Temporelle] et définir horizon temporel = 1s. Visualiser les variables entrée et sortie. Dans la fenêtre des résultats graphique, cliquer sur [Curseur], puis déplacer le curseur pour obtenir le temps de réponse à 5% puis le temps de réponse pour obtenir 63% de la valeur finale. Relever sur la courbe le gain et la constante de temps. Vérifier que l’on retrouve bien les paramètres de la fonction de transfert. 5- Lancer [Analyse][Réponse Fréquentielle] et définir la plage de pulsation de 0.001 à 1000 , prendre 1000 points de calcul et faire tracer les diagrammes de Bode Retrouver le gain et la constante de temps à partir du diagramme de Bode. Tracer ensuite le diagramme de Nyquist : Faire apparaître la pulsation de coupure, la pulsation nulle et la pulsation ∞ .Quelle est la nature de la courbe obtenue ? 2 – Fonction de transfert du système : En boucle ouverte : On peut représenter le système sous la forme suivante : 6- Exprimer la fonction de transfert H ( p ) = θ S ( p ) U1 ( p) Modifier le schéma sous Did’acsyde. Faire afficher la réponse indicielle (on prendra 1000s pour horizon temporel, le pas de calcul étant de 0,1). 7- Visualiser le diagramme de Bode et retrouver les éléments caractéristiques de la fonction de transfert. En boucle fermée : On envisage le fonctionnement du système en asservissement, ce qui conduit au schéma-bloc suivant, où K2 est la valeur de réglage du gain d’amplification de l’erreur détectée par le radar. : Colle Info Radar de poursuite.docCréé le 30/01/2011 – Page 2 sur 3 CPGE / Sciences Industrielles pour l’Ingénieur Colle informatique 8- Montrer que la fonction de transfert en boucle fermée est du second ordre et exprimer les coefficients usuels (K’, ξ , ω) 9-Saisir le schéma sous Did’acsyde. Prendre pour K2 une variable formelle (par exemple K2) à laquelle on pourra donner plusieurs valeurs. Faire afficher la réponse indicielle dans le cas où K2 = 1 (on prendra 500s pour horizon temporel, et 0,01 pour le pas de calcul).Dans la fenêtre des résultats graphique, cliquer sur [Curseur], puis déplacer le curseur pour obtenir Tr le temps de réponse à 5%.La courbe rappelle la réponse indicielle d’un système du premier ordre. Sélectionner le tracé de θs par [Choix courbe] puis cliquer sur [Zoom] et agrandir la courbe à l’origine. Que vaut la tangente à l’origine ? 10- Faire afficher la réponse indicielle dans le cas où K2 = 5000 (on prendra 1s pour horizon temporel, 0,01 pour le pas de calcul).Déterminer le temps de pic Tp, le dépassement et Tr le temps de réponse à 5%. Réglage 11- Quelle valeur faut-il donner au coefficient K2 pour que le temps de réponse à 5% à un échelon de position, soit le plus faible possible ? Calculer ce temps de réponse. 12- Prendre la valeur K2 trouvée précédemment et tracer avec Did’acsyde la réponse indicielle (horizon temporel 1,5s). • Mesurer l’écart statique, le temps de réponse à 5 % et le dépassement. • Observer en prenant deux valeurs de K2 si nous sommes bien dans le cas optimum. Comportement en poursuite : 13- Pour la valeur de K2 calculée précédemment, exprimer puis calculer l’erreur de poursuite, notée εT, si l’objectif évolue à vitesse angulaire sensiblement constante: θ θ e (t ) = Ω 0 .t avec Ω0 = 0,5 rad/s On définit comme erreur de poursuite, ou erreur de traînage, la limite atteinte en régime permanent par la différence (θe - θs) Amélioration des performances Une façon d’améliorer le comportement dynamique d’un tel système est de réaliser un retour de vitesse, appelé “retour tachymétrique, voir schéma ci-dessous. 14- Exprimer la nouvelle fonction de transfert en boucle fermée en fonction de α' et β . Calculer les valeurs de α' et β qui permettent de limiter l’erreur de poursuite à 0,02 rad (ωe = 0,5rad/s) tout en ayant un temps de réponse minimum pour une entrée en échelon. Sous Did’acsyde, modifier le schéma puis vérifier le calcul précédent. Conclure sur le choix de α' et β. : Colle Info Radar de poursuite.docCréé le 30/01/2011 – Page 3 sur 3