Le concept d’actionnement numérique fait intervenir l’idée d’une commande simple basées sur des mots binaires. La commande d’entrée d’un actionneur binaire est donc représentée par un bit (soit 0, soit 1). Afin de générer un déplacement à partir de cette information binaire, différents types d’actionneurs binaires peuvent être imaginés. Nous classons ces types d’actionneurs binaires dans deux grandes catégories (voir Figure 2.4), les actionneurs à maintien actif et les actionneurs à maintien passif.
Actionneurs Numériques
Actionneurs Bistables Actionneurs Numériques
avec maintien passif Actionneurs Numériques
avec maintien actif
Figure 2.4 – Classification de différents types d’actionneurs binaires.
La grande différence entre ces deux types d’actionneurs binaires concerne l’apport énergétique nécessaire pour son actionnement. Les actionneurs à maintien passif ne né- cessitent qu’un apport énergétique fini pour basculer d’un état à un autres, tandis que les actionneurs à maintien actif requièrent un flux énergétique continue pour maintenir leur position dans un état donné.
Pour identifier cette différence d’actionnement, nous allons introduire le concept de stabilité d’un système.
2.2.1 Notion de stabilité
Pour définir la notion de stabilité, imaginons un système à l’équilibre, c’est à dire qui ne change pas au cours du temps. Lorsqu’une petite perturbation est appliquée sur ce système, s’il quitte la position dans laquelle il était avant la perturbation alors cette position est dite instable. Si dans le cas contraire le système retourne de lui-même à cette position d’équilibre alors cette position est dite stable.
Ce critère de stabilité peut être représenté de manière schématique à l’aide d’un système composé d’une bille sur une surface, uniquement soumise à la gravité, tel que sur la Figure 2.5. Les minima locaux de l’énergie de la partie mobile représentent les points de stabilité, tandis que les maxima locaux représentent des points d’instabilité. L’énergie de la bille étant dans ce cas son énergie potentielle de pesanteur.
2.2 Différents types d’actionnement numérique 33
Position Neutre
Position Instable
Positions Stables
1
2
3
4
Figure 2.5 – Représentation schématique de la notion de stabilité d’un système.
Sur cette figure la position 3 est une position instable (maximum local d’énergie potentielle). Lors d’une petite perturbation extérieure, le système s’écartera de cette position et continuera de s’en éloigner jusqu’à ce qu’il atteigne une des deux positions stables qu’il peut joindre (position 2 ou position 4). La position 1 sera quant à elle qualifiée de position neutre. Dans ce dernier cas, lors d’une petite perturbation la bille ne retournera pas à la position initiale ni ne s’en éloignera indéfiniment, mais restera dans la nouvelle position.
2.2.2 Maintien des actionneurs binaires
Nous utilisons cette définition de stabilité pour classer les différents types d’action- neurs binaires (à maintien actif ou à maintien passif). Ainsi si l’une des deux positions discrètes de l’actionneur binaire coïncide avec un minimum énergétique local, il n’est pas nécessaire d’apporter de l’énergie à l’actionneur pour qu’il reste dans cette position, il s’agit donc d’une position à maintien passif. Dans le cas contraire, s’il est nécessaire d’apporter un flux énergétique continu à l’actionneur binaire pour qu’il reste dans la position discrète désirée, cette position sera qualifiée de position à maintien actif. Nous pouvons reprendre l’exemple de la bille pour représenter les différents types d’action- nement numérique. Dans le cas de la Figure 2.6, il est nécessaire d’apporter un flux énergétique continu à l’actionneur pour qu’il puisse pousser la partie mobile (ici la bille) dans la position discrète de droite, alors qu’il suffit de couper l’énergie pour que la par- tie mobile de l’actionneur se rende dans la position d’énergie minimale, c’est à dire la position stable de gauche (la bille tombe).
Maintien actif
Une grande partie des actionneurs utilisés de manière binaire sont des actionneurs à maintien actif. Nous pouvons par exemple citer des actionneurs du genre solénoïdes ou pistons hydrauliques qui sont des actionneurs plus souvent utilisés de manière continue,
34 Chapitre 2 Position Discrète Maintien Actif Position Stable Maintien Passif Maintien
Figure2.6 – Différence entre position à maintien actif et une position à maintien passif.
mais sont aussi parfois utilisés de manière numérique afin d’assurer une grande stabilité de leur position et pour générer des efforts importants. Le concept d’actionneur à maintien actif est représenté sur la Figure 2.7.
Positions Discrètes Maintien
Maintien
Figure 2.7 – Concept d’actionneur à maintien actif.
Lors du passage d’un état à l’autre, la partie mobile de cet actionneur passe par des états intermédiaires qui ne peuvent pas être conservés dans un fonctionnement numé- rique. Dans ce cas c’est la loi de commande qui assure la nature discrète de cet actionneur en poussant la partie mobile contre des butées mécaniques. Bien que chacune des deux positions discrètes peut être qualifiée de position neutre (voir Figure 2.5), il est néces- saire d’appliquer un flux énergétique continu à l’actionneur afin d’assurer la stabilité face à d’éventuelles perturbations extérieures.
Maintien passif
Dans le cas des actionneurs à maintien passif, ce n’est pas la loi de commande qui assure la stabilité de l’actionneur, mais les propriétés géométriques et mécaniques de celui-ci. Cependant, bien que la durée d’actionnement pour basculer dans une position discrète soit courte, il est nécessaire de fournir suffisamment d’énergie pour permettre à la partie mobile de se placer dans la zone de stabilité de la position désirée. En effet,
2.3 Robots numériques existants 35