Sciences Industrielles de l’Ingénieur CPGE - Saint Stanislas - Nantes TP 2-3 : Barrière Sympact : Schéma bloc et fonction de tranfert Présentation du TP et mise en situation Mise en situation du Système La société ERO, spécialisée dans la fabrication et la commercialisation d’équipements de contrôle d’accès, a développé le type de barrière étudié dans ce TP. Cette barrière est utilisée dans différentes configurations correspondant à différentes longueurs de lisses (Barre de fermetures). Cette barrière SYMPACT est conçue pour les passages privés copropriétés, campings, etc... Sur le même principe avec la même partie opérative, il existe la barrière COMPACT conçue pour les passages fréquent : péages, parking payants, etc… Le dispositif de laboratoire permet la simulation de la barrière Sympact pour plusieurs longueurs de lisses. Pour cela elle est munie d’une lisse plus courte avec une masse mobile. Eléments fournis avec cet énoncé Le système Barrière Sympact didactisé. Un PC connecté au système avec accès internet Un dossier technique Un manuel d’utilisation Un multimètre pour la mesure de tension Objectif et durée de la séance de TP Ce TP a une durée de 2h. Le but de cette séance de travaux pratiques est de réaliser la modélisation de l’asservissement en position de la barrière Sympact. Vous répondrez aux questions sur ce document. TP 2-3 Barriere Sympact.doc page 1/5 Sciences Industrielles de l’Ingénieur CPGE - Saint Stanislas - Nantes Travail demandé 1- Structure de l’asservissement On adopte les notations des fonctions temporelles du système suivantes : Angle de consigne de la lisse Fréquence d’alimentation du moteur Vitesse de rotation du moteur Vitesse de rotation de la manivelle θC(t) fS(St) ωm(t) ωB(t) Tension image de la consigne Tension image de la réponse Position angulaire de la lisse Ecart à l’entrée du variateur de fréquence uC(t) um(t) θ(t) ε(t) Les noms des différents éléments du système sont : Moteur Variateur de fréquence Bras oscillant Passerelle ethernet Système bielle-manivelle Capteur Placer sur le schéma bloc ci-dessous : les noms des différents blocs Les fonctions temporelles Les unités SI de ces fonctions temporelles Variateur de vitesse ATV31 + - 2- Fonction de transfert du capteur 2.1- Ouvrir le logiciel « Barrière Sympact ». Dans le menu principal cliquer sur « Le produit » puis « FAST ». Lire la documentation sur le capteur angulaire. Justifier que le capteur est un gain pur KCap . Quelle est l’unité de ce gain ? 2.2- Revenir au menu principal et cliquer sur « Piloter et mesurer » puis « Piloter ». Après avoir allumé la maquette établir la connexion avec la maquette. A l’aide du multimètre fourni relever et noter ci-dessous la tension à la sortie du capteur lorsque la lisse est verticale. Fermer la barrière à l’aide du logiciel puis relever et noter ci-dessous la tension à la sortie du capteur lorsque la lisse est horizontale. Tension pour la lisse verticale : um(tV) = Tension pour la lisse verticale : um(tH) = 2.4- Calculer avec les unités SI la valeur de ce gain KCap. 3- Gain de l’adaptateur 3.1- Lorsque la consigne et la réponse sont égales, l’écart ε(t) doit être nul. En déduire la valeur avec les unités SI du gain KA de l’adaptateur (Passerelle éthernet) si on suppose que celui-ci est un gain pur. TP 2-3 Barriere Sympact.doc page 2/5 Sciences Industrielles de l’Ingénieur CPGE - Saint Stanislas - Nantes 4- Gain du réducteur Dans le menu principal cliquer sur « Le produit » puis « FAST ». Lire la documentation sur le réducteur. Quelle est le rapport de réduction de ce réducteur ? Ce réducteur diminue la vitesse mais c (t) augmente le couple dans les mêmes proportions. Quel est le gain KR du réducteur si on pose : KR = ma cm(t) avec cm(t) le couple moteur et cma(t) le couple sur la manivelle à la sortie du réducteur Rapport de réduction : Gain du réducteur : KR = 5- Gain du système bielle manivelle 5.1- Dans le menu principal cliquer sur « Le mécanisme » puis « Modélisation du mécanisme complet » et enfin « Etude paramétrable ». Tracer ensuite la loi entrée sortie du système bielle manivelle en cliquant sur le bouton correspondant : « ». Justifier à partir de la courbe de cette loi, que entre la lisse en position horizontale et la lisse en position verticale, la loi entrée sortie est linéaire. 5.2- Relever ci-dessous les positions angulaires de la manivelle (θ21) et de la lisse (θ31) pour les deux positions entre la lisse horizontale et la lisse verticale. Lisse horizontale : Position angulaire de la manivelle : Position angulaire de la lisse (bielle) : Lisse verticale : Position angulaire de la lisse (bielle) : Position angulaire de la manivelle : ωB(t) où ωB(t) et ωma(t) sont respectivement les vitesses de ωma(t) rotation de la bielle (égale à celle de la lisse) et de la manivelle. 5.3- En déduire le rapport des vitesses : ωB(t) = ωma(t) 5.4- Comme pour le réducteur, le système bielle manivelle diminue la vitesse mais augmente le c (t) couple dans la même proportion. En déduire la gain du système bielle manivelle : KBM = B où cB(t) et cma(t) cma(t) sont respectivement les couples sur la bielle et la manivelle: KBM = cB(t) cma(t) 6- Construction du schéma bloc 6.1- On donne en page 5 le schéma bloc de la barrière Sympact. Compléter ce schéma bloc en plaçant les gains KA, KCap, KR et KBM. 6.2- Le moteur de la barrière est un moteur asynchrone. Ce type de moteur délivre un couple fonction de la différence entre la fréquence du champ magnétique statorique fS(t) égale à la fréquence d’alimentation de ce moteur et de la fréquence du champ magnétique rotorique fR(t) fonction de ωm(t). 2.π On a : ωm(t) = . fR(t) où n est le nombre de paires de pôles du moteur. Compléter sur le schéma n bloc de la page 5 le bloc correspondant à cette relation. Cm(p) la fonction de transfert du moteur. Placer sur le schéma bloc de 6.3- On note Hm(p) = FS(p) − FR(p) la page 5 cette fonction de transfert. TP 2-3 Barriere Sympact.doc page 3/5 Sciences Industrielles de l’Ingénieur CPGE - Saint Stanislas - Nantes 6.4- Quelle relation a-t-on entre la vitesse de rotation de la lisse (de la bielle) ωB(t) et la position angulaire θ(t) de cette lisse. Passer cette relation dans le domaine de Laplace. Puis compléter les deux blocs correspondant du schéma bloc de la page 5. Dans le domaine temporel : Dans le domaine de Laplace : 6.5- Compléter les deux blocs du schéma bloc de la page 5 entre les fonctions symboliques ΩB(p) et Θ(p). 6.6- L’application du principe fondamental de la dynamique à la lisse donne la relation : cB(t) − cR(t) − cP(t) = J Où : d ωb(t) dt cB(t) et ωB(t) sont respectivement le couple et la vitesse de rotation de la lisse cR(t) est le couple de rappel du ressort de torsion cP(t) est le couple du au poids de la lisse. Passer cette relation dans le domaine de Laplace puis compléter le bloc correspondant du schéma bloc de la page 5. Relation dans le domaine de Laplace : 6.7- Le couple de rappel du ressort cR(t) en fonction de la position angulaire de la lisse θ(t) a pour expression : cR(t) = C0 + KRT.θ(t) où C0 est le couple de rappel lorsque la lisse est en positon verticale et KRT est la raideur de ce ressort de torsion. Donner l’unité SI de cette raideur KRT. Puis passer cette relation dans le domaine de Laplace et compléter le bloc correspondant du schéma bloc de la page 5. Relation dans le domaine de Laplace : 6.8- Le couple due au poids de la lisse cP(t) en fonction de la position angulaire de la lisse θ(t) a pour expression : cP(t) = m.g.yG.( 1 − cos θ(t) ) où m est la masse de la lisse, yG la position de son centre de gravité et g l’accélération gravitationnelle. Passer cette relation dans le domaine de Laplace et compléter le bloc correspondant du schéma bloc de la page 5. Relation dans le domaine de Laplace : 6.9- Etant donné la complexité de cette modélisation, nous ne déterminerons pas sa fonction de transfert. Par contre justifier à partir de ce schéma bloc que lorsque la lisse est immobile en position horizontale il est nécessaire pour la maintenir de continuer d’alimenter le moteur avec une certaine fréquence. 6.10- Vérifier cette nécessité en faisant deux expériences (à partir du menu principal « Piloter et mesurer » , « Mesurer ») en affichant les résultats « Position lisse (°) » et « F moteur (Hz) ». Entre ces deux expériences vous modifierez à l’aide du bouton « Paramère pilotage Sympact » : la fréquence du maintien fermé en la faisant passer de 7 Hz à 0,5 Hz. Que constatez vous ? TP 2-3 Barriere Sympact.doc page 4/5 Sciences Industrielles de l’Ingénieur CPGE - Saint Stanislas - Nantes + CP(t) + HVf(p) + - um(p) ε(p) uC(p) ΘC(p) Variateur de vitesse ATV31 FS(p) + - FR(p) Cm(p) Ωm(p) CMa(p) CB(p) CR(t) ΩMa(p) ΩB(p) + + C0 p ΩB(p) 1 p Θ(p) Schéma bloc de la barrière Sympact TP 2-3 Barriere Sympact.doc page 5/5
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