Modèle multi-domaine d’un actionneur électro-hydrostatique à haut niveau de détails validé expérimentalement

Gendrin, Martin (2013). Modèle multi-domaine d’un actionneur électro-hydrostatique à haut niveau de détails validé expérimentalement. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce travail a pour but premier de proposer un modèle de système d’actionnement d’aileron basé sur l’utilisation d’un actionneur électro-hydrostatique rendant compte du fonctionnement détaillé du système à tous les niveaux, les spécifications de chaque domaine physique concerné devant y être représentées. Le système considéré va de l’entrée triphasée de l’électronique de puissance du moteur à l’aileron, incluant la commande globale.

La modélisation a été faite sur le logiciel Matlab/Simulink et tire profit des différents modules physiques de la librairie Simscape. Dans un premier temps elle prend en compte les différentes sources d’inertie et de frottements hydrauliques et mécaniques, ainsi que les résistances et inductances électriques. Les non-linéarités inhérentes aux topologies utilisées aussi bien au niveau de l’électronique de puissance (pont de diodes et onduleur à IGBTs, tension fixe du bus DC) qu’au niveau hydraulique (circuit hydraulique interne contenant un accumulateur, clapets anti-retour et valves de surpression) sont considérées. Pour améliorer la précision, l’influence des imperfections des composants – tels que les forces de friction rotationnelles du moteur et translationnelles du cylindre, les jeux dans les engrenages de la pompe hydraulique et de la transmission mécanique, la zone morte de la pompe et les résistances hydrauliques des tubes – est aussi insérée aux résultats. Enfin l’intégration des saturations de commande nécessaires à un bon fonctionnement du système permet d’analyser les répercussions de la commande sur le système. Les résultats de simulation sont fournis à l’utilisateur sous forme de courbes et d’animation 3D.

Tirant profit d’un prototype développé à l’université McMaster, le modèle d’actionneur électro-hydrostatique contenu dans le système d’actionnement d’aileron décrit précédemment va être isolé puis validé expérimentalement à l’aide de plusieurs signaux physiques mesurés lors de deux expériences successives.

La validité du modèle globale étant assurée, celui-ci sera utilisé dans différentes phases de dimensionnement du régulateur de position et d’évolution de la topologie du système.

Titre traduit

Multidomain high-detailed modeling of an electro-hydrostatic actuator with its experimental validation

Résumé traduit

This work aims to produce a detailed simulation model of an aileron actuation system based on an electro-hydrostatic actuator which takes into account the several specificities of each concerned physical domains. This model includes all the subsystems from the electrical grid to the aileron, comprising the global control topology.

This modelling is developed in the Matlab/Simulink environment, and therefore takes advantage of the different physical toolboxes of the Simscape library. It enables us firstly to represent the effects of the inertia, of the mechanical and hydraulic friction and of the electrical impedances. Secondly, a specific effort is done regarding the nonlinearities of the system. Thus, the model integrates both those due to the functioning of the selected electrical (diode bridge, IGBTs inverter, fixed DC voltage) and hydraulic (internal sub circuit with accumulator, check valves and pressure relief valves) components, and those stemming from the manufacturing defects of the parts, as the rotational and translational nonlinear friction, the backlash effects, the dead zones and the loss in the hydraulic pipes. The control saturations, permitting safe working conditions, are also taken into account, and enable us to analyse their repercussions on the system. The results are presented as plots and as 3D Visualisation.

The electro-hydrostatic actuator included in the actuation system will be validated using the data measured on the prototype developed at the McMaster University. Once the validation done, the global model will be used to design the position control scheme as well as to test the benefits of the integration of new component topologies.

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 électrique" Bibliogr. : f. [169]-173.
Mots-clés libres:	Actionneurs. Ailerons. Avions Méthodes de simulation. Actionneurs. détaillé, électro-hydrostatique, modélisation, physique, SIMSCAPE
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dessaint, Louis-A.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	18 févr. 2013 17:09
Dernière modification:	04 juill. 2014 18:49
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1128

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