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Modélisation causale et acausale d'un système électro-hydraulique

Gagnon, Tommy (2011). Modélisation causale et acausale d'un système électro-hydraulique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans un contexte où les délais de conception doivent être réduits au minimum afin de demeurer compétitif, la complexité des systèmes à concevoir ne cesse pour autant d'augmenter. C'est alors que des outils de conception de plus en plus sophistiqués deviennent essentiels. Ces derniers permettent de construire des prototypes virtuels, c'est-à-dire des modèles, afin de converger vers une solution optimale beaucoup plus rapidement que par les méthodes traditionnelles. La modélisation d'un système peut être faite de différentes façons.

Tout d'abord, un modèle mathématique peut être développé à partir des lois naturelles qui décrivent l'évolution du système. Ensuite, il est soit linéarisé pour former une fonction de transfert, soit représenté directement à l'aide de schéma-bloc. Depuis peu, une nouvelle approche de modélisation multi-physique, dite acausale, gagne en popularité. Cette dernière utilise un modèle mathématique structuré de la même manière qu'un modèle physique.

Afin de déterminer si les résultats des logiciels de simulation multi-physique représentent fidèlement la réalité et afin de voir s'il est plus avantageux d'utiliser la modélisation acausale par rapport à la modélisation plus classique, dite causale, un balancier hydraulique comportant une servovalve est modélisé selon trois proches.

Un premier modèle est construit en se basant sur la théorie classique des systèmes linéaires. Ensuite, un deuxième modèle est construit sous forme de schéma-bloc à l'aide du logiciel Simulink. Enfin, une modélisation physique du système est réalisée avec le logiciel SimScape. Ces trois modèles sont finalement utilisés pour concevoir un contrôleur PID afin d'asservir le balancier en position. La validation et la qualification de chacun des modèles sont effectuées en choisissant la réponse du système réel comme référence.

Indépendamment du type de modélisation choisi, et suite à l'ajout d'un délai, tous les modèles représentent correctement le système réel. Pour le modèle multi-physique, il en résulte une réponse dont l'erreur par rapport au système réel est de moins de 15% par rapport au temps de montée et de 6,7% par rapport au temps de réponse.

Enfin, la présentation des différentes approches démontre qu'il est plus avantageux d'utiliser une modélisation acausale en raison de sa réutilisabilité, de sa simplicité d'utilisation et de sa lisibilité.

Titre traduit

Causal and acausal modeling of an electro-hydraulic system

Résumé traduit

In a context were time allotted to design need to be as short as possible to stay competitive, the systems to design are still gaining in complexity. In that case, advanced design tools become essential. These tools help the designer prototyping virtual models to find optimal solution faster than using conventional approaches. Computer models of a system can be done in different ways. First, a mathematical model can be developed from physics laws that describe system evolution. This model is then linearized to form a transfert function, or directly used in bloc diagrams. Recently, a new multi-physics simulation approach, called acausal modeling, increases in popularity. This approach uses a mathematical model structured like a physical model.

An electro-hydraulic actuated pendulum has been modeled using three different approaches to evaluate if multi-physics simulation is an improvement compared to classical simulation, called causal, and if its response represents the one from the real system. The first model uses linear system theories. The second approach is a non-linear model using block diagrams in Simulink. Finally, a physical model is built using SimScape. Those three models are used to design a PID controller to adjust the pendulum position. Validation and code qualification are then compared using the real system response as reference.

After adding some delays to the three different models, their responses match the one from the real system. The error between the multi-physics and the real system is less than 15% for the raise time and 6.7% for the response time. In conclusion, all the steps required to build models show that it is more advantageous to use an acausal modeling approach due to its reusability, simplicity of usage and readability.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique" Bibliogr. : f. [145]-147.
Mots-clés libres: Hydraulique. Hydraulique Essais. Régulateurs PID. Écoulement (Hydrologie) Modèles mathématiques. Commande automatique. Acausale, Causale, Électro-hydraulique, Modélisation, Servovalve, SimScape, Simulink, Système. Écoulement hydraulique.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Belleau, Christian
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 13 déc. 2011 16:52
Dernière modification: 20 févr. 2017 22:22
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/937

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