L’automatisation des tâches représente un enjeu majeur dans notre économie. Au-delà de la simple répétition d’une action, elle permet de mieux maîtriser la réalisation d’une tâche en terme de précision, de cadence, de productivité ou de tout autre type de performances. C’est pourquoi il est nécessaire de faire évoluer nos méthodes de conception de lois de commande tout comme nous faisons évoluer nos méthodes de conception de nos machines en prenant en compte de nouveaux enjeux de manière à être réactif aux innovations et aux exigences.
Dans le contexte de l’Usinage, le schéma classique de commande en cascade est utilisé depuis de nombreuses années. Les enjeux portent donc sur le réglage des gains de cette loi de commande, qui aujourd’hui est réalisé de manière empirique, non répétable et mobilisant fortement la machine. Afin que le lien entre les exigences de la tâche à réaliser et les réalités mécaniques de la machine soit le plus mince possible, nous avons proposé un réglage basé modèle. Au travers d’un protocole de modélisation et d’identification, les gains de la commande sont mis en relation avec des paramètres mécaniques de la machine. Il en résulte que le comportement de la machine est mieux maîtrisé lors de la réalisation de la tâche. Des essais Ballbar ont montré que les erreurs liées à l’asservissement ont été réduites. Enfin, nous avons proposé un nouveau de schéma de commande directement issu de la modélisation de la machine-outil. Cette stratégie permet également d’augmenter les performances tout en maîtrisant mieux les phénomènes vibratoires.
Dans le contexte des essais mécaniques, l’enjeu est de démontrer la faisabilité des essais mécaniques multiaxiaux avec une machine parallèle. La faisabilité mécanique a été démontrée lors de la réalisation d’un essai biaxiale sur une éprouvette de béton avec un hexapode. Cependant, cet essai a mis en lu-mière le manque de maîtrise des conditions aux limites dû à la souplesse de la machine et aux faiblesses de la loi de commande (simple régulation PID axe par axe). C’est donc en développant une nouvelle loi de commande que nous proposons de pallier ces problèmes. Nous avons démontré par la simulation qu’un schéma de commande hybride force/position permettait d’assurer le suivi de la consigne tout en utilisant les degrés de liberté supplémentaires de la machine afin de supprimer les efforts perturbateurs qui peuvent être préjudiciables pour la réussite de l’essai. Enfin, nous avons réalisé une expérimenta-tion grâce à un robot 5 barres dans le but de montrer la robustesse et la fiabilité de la méthode proposée.
136 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
Ainsi, en mettant en relation la tâche à réaliser, la modélisation mécanique et la loi de commande associée, nous obtenons un comportement mieux adapté de la machine dans son environnement.
L’originalité des travaux réside dans l’approche basée modèle dans la conception et le réglage des schémas de commande. En usinage, nous avons proposé un protocole permettant d’obtenir un réglage qui soit directement relié aux résultats des identifications physiques menées sur la machine, alors qu’his-toriquement ce réglage est effectué de manière empirique. Nous avons également proposé un nouveau schéma de commande directement issu de la modélisation. Cette démarche a également été appliquée au domaine des essais mécaniques multiaxiaux avec des machines parallèles, qui jusqu’ici ne bénéficiait d’aucune étude approfondie en ce qui concerne la manière de les commander. Après la réalisation du premier essai biaxial sur du béton avec une machine parallèle, nous avons montré qu’il était possible de parfaitement contrôler les conditions aux limites de l’éprouvette, et nous ouvrons ainsi la voie à de nouveaux types d’essais mécaniques qui seront plus performants en terme de qualité d’identification et de caractérisation des matériaux.
Bien sûr, les travaux menés dans cette thèse peuvent être améliorés. Tout d’abord, la modélisation de la tâche peut être mieux intégrée dans le processus de génération de la loi de commande. Dans le cadre de l’usinage, un modèle complet des efforts d’usinage peut être intégré à la modélisation mé-canique et ainsi impacter sur le réglage basé modèle ou constituer une compensation sur le nouveau schéma de commande. L’impact du réglage de la boucle de courant dans le schéma de commande classique en cascade pourrait également être étudié. Dans le cadre des essais mécaniques, une modéli-sation plus avancée du comportement de l’éprouvette peut être intégrée, permettant ainsi aux lois de commande en effort et en position de mieux contrôler les conditions aux limites.
La démarche développée dans cette thèse peut également être ouverte à d’autres types de tâches. Les domaines du pick-and-place, de la manipulation ou du polissage robotisé pourraient par exemple gagner à voir leur commande intégrer une part de modélisation. Cela pourrait être particulièrement bénéfique dans le cadre notamment d’utilisation de corps mous.
Enfin, l’intégration de notions issues de divers types de commande permettrait d’ajouter de la robustesse à nos schémas de commande. On peut notamment penser à la commande adaptative qui permettrait d’ajuster les gains d’une commande de machine-outil au fur et à mesure que l’inertie de la pièce change en cours d’usinage. Les gains de la commande hybride force/position peuvent également être mis à jour en fonction de l’évolution des propriétés physiques de l’éprouvette, et amener, par exemple, à réaliser une identification active et en ligne : la trajectoire de chargement de l’éprouvette est modifiée en temps réel dans le but de maximiser la qualité d’identification en fonction des modes de fissuration qui apparaissent. Une commande de type compliante peut également être intéressante dans le sens où elle peut éviter des chocs trop importants lors de la fissuration partielle et soudaine de l’éprouvette
Au final, ces travaux pourraient s’intégrer dans une démarche beaucoup plus globale de normalisa-tion industrielle. Les concepts développés, en terme de modélisanormalisa-tion, d’identificanormalisa-tion et de commande des systèmes, peuvent permettre de rationaliser au mieux la conception des systèmes en amont, en aidant au choix et au dimensionnement de la motorisation par exemple, et de rationaliser au mieux la mise en fonction des systèmes en aval, en réduisant leur consommation énergétique par exemple. Ces travaux ouvrent donc des perspectives d’améliorations et contribueront certainement à l’amélioration perpétuelle et nécessaire des performances des machines complexes de demain.