– un capteur de déplacement placé sur la tige du vérin ; – un capteur de force fixé au nez du vérin ;
– un accéléromètre mobile ;
– des capteurs de force placés sur les extrémités du cylindre ; – cinq capteurs de pression répartis sur le périmètre du cylindre.
L’acquisition de ces différentes mesures est réalisée par l’ordinateur de contrôle de l’asservisse- ment et par un second ordinateur dédié à l’acquisition de données.
4.3.1
Asservissement du vérin hydraulique
Le vérin hydraulique est asservi en position à l’aide de la servo-valve et d’un capteur de déplacement. Le premier organe permet de contrôler le débit d’entrée de la servo-valve alors que le deuxième renseigne sur la position du vérin. La connexion de la servo-valve et du capteur de déplacement est réalisé à l’aide d’un asservissement en structure PID parallèle connecté et programmé sur l’ordinateur de commande (De Larminat, 2003). La figure (4.11) présente la structure de l’asservissement en boucle fermée. L’objectif de ce système est de corriger en
temps réel l’écart entre la consigne χc(t) et la mesure χm(t). La structure PID à travers
les paramètres Kp, Ti et Td permet de corriger le déplacement mesuré χm(t) en essayant de
diminuer l’erreur (BHALY, 1994). Le gain proportionnel Kp permet d’accélérer la réponse
de la mesure, ce qui a pour effet direct de réduire l’écart, soit χm(t) = kp. Le rôle de l’action
intégrale Ti est d’annuler l’écart entre la mesure et la consigne alors que l’action dérivée est de
compenser les effets du temps mort du procédé, c’est à dire de le stabiliser. Ces deux derniers paramètres sont notamment utilisés en régulation, c’est à dire pour maintenir la mesure en temps à une constante stable. En effet, dans le cas d’un régime transitoire, ces paramètres ont peu d’effet sur la qualité de l’asservissement et ne seront donc pas utilisés par la suite.
Fig. 4.11 – Description de la structure de l’asservissement en structure PID parallèle en boucle
fermé. χc Consigne de déplacement ; χm Mesure du déplacement ; Kp Gain proportionnel ; Ti
Constante d’intégrale ; Td Constante de dérivée.
Le capteur de déplacement est pourvu d’une technologie magneto-strictive à électronique intégrée mesurant le déplacement à une fréquence cadencée à 1 kHz pour une linéarité de ±0.02 mm et une répétabilité de ±0.002 mm. A l’autre bout de la tige du vérin est installé un capteur de force de type à pont de jauges atteignant une étendue de mesure de 10 kN pour une linéarité et une répétabilité de 0.025 kN. Ce capteur permet de qualifier l’asservissement du vérin hydraulique en terme d’accélération. Séparément, une carte de conditionnement de
4.3. Instrumentation du dispositif expérimental
format Europe est destinée à assurer l’alimentation de ce dernier ainsi que le traitement du signal. Les données de ces capteurs sont acquises à l’aide du logiciel d’asservissement du vérin équipant l’ordinateur de contrôle.
4.3.2
Instrumentation du cylindre et accéléromètre
Instrumentation du cylindre
La figure (4.12) présente le montage des deux capteurs de forces dans le cylindre d’étude. Les capteurs sont constitués d’une partie cylindre encastrée dans l’étrier et d’une chape femelle s’imbriquant dans la chape male du cylindre par un axe. La jonction des deux parties des capteurs est constituée de deux lames où sont collées des jauges de déformations. Les deux chapes males sont reliées entre elles par une vis réglable par des écrous. Le cylindre vient alors se monter autour de ce système par l’intermédiaire des joints toriques des chapes males. Les jauges mesurent alors la déformation en flexion pure du capteur due à la rotation du pivot entre les deux chapes quand une force est appliquée sur le cylindre. L’ensemble des quatres jauges constitue un pont de Wheastone. L’alimentation de ces capteurs ainsi que la mesure est réalisée par l’ordinateur d’acquisition de données. Un étalonnage statique de ces capteurs a
permis d’estimer la sensibilité du capteur à 2.88.10−6 N/V ±0.12.10−6.
Fig. 4.12 – Montage des capteurs de forces sur les extrémités du cylindre.
Le cylindre est scindé en deux parties encastrées dans une pièce intermédiaire sur laquelle sont montés les cinq capteurs de pressions répartis autour de la section centrale du cylindre. Les capteurs 1 et 5 sont diamétralement opposés. Les capteurs 2 et 3 sont espacés respectivement
de 45°et 90°du capteur 1. Le capteur 4 est situé à 157.5 °du capteur 1, soit 22.5°du capteur
5. Ces capteurs de marque Kulite Semiconductor possèdent une étendue de mesure jusqu’à une pression de 3.5 bar pour une sensibilité de 28 mV/bar. L’ensemble du cylindre ainsi que ces capteurs peuvent tourner autour de l’axe de révolution du cylindre afin d’obtenir plusieurs points de mesures de pression.
L’alimentation de ces capteurs (capteur de force et pression) ainsi que la mesure est réalisée par l’ordinateur d’acquisitions de données.
Accéléromètre
Un accéléromètre de technologie piezotron peut être placé sur n’importe quelle zone du dispositif expérimental, par exemple sur le socle du vérin pour mesurer les vibrations ou encore sur le dispositif de transmission de mouvement. Il possède une étendue de mesure de ±50 g dans une gamme de fréquences allant de 0.5 Hz à 10 kHz pour une precision de 0.3%.
Système d’acquisitions des données
L’acquisition est réalisée à l’aide d’un ordinateur PXI de National Instruments dotée d’une carte de conditionnement réalisant la conversion analogie numérique. Sur cette carte sont bran- chés ; l’accéléromètre, le capteur de force et les capteurs de pressions. L’acquisition et le trai- tement de ces données sont réalisés par un programme développé au cours de la thèse sur le logiciel LabView. Ce programme permet de convertir les données exprimées en Volt dans leur unité respective. De plus, il permet de réaliser les opérations de filtrage et de transformée de Fourier. L’ensemble de l’unité d’acquisition possède une précision de mesure de 0.2% pour l’accéléromètre et 1.9% pour le capteur de force du cylindre.