Programme de contrôle des conditions expérimentales

Le programme, ses annotations et sa documentation, supplémentaires à ce mémoire, se veulent pédagogiques pour assurer sa pérennité. Dans cette section, on se contente de montrer le rôle du programme Labview. Une particularité est l’utilisation d’un système d’opération temps réel sur un des deux ordinateurs pour permettre le contrôle numérique de la densité de flux magnétique. Il est à noter qu’au moment de l’écriture de ce mémoire, le montage n’utilise pas cette capacité de rétroaction, mais que la densité de flux magnétique est plutôt contrôlée par une approche itérative. Ci-dessous, on aborde alors rapidement l’architecture et les fonctionnalités du programme.

3.2.1 Boucle de contrôle temps réel

Le programme Labview est divisé en deux grandes sections, exécutées sur deux ordinateurs différents, selon la figure 3.3. L’ordinateur principal assure l’interface graphique pour l’uti- lisateur, la création des vecteurs de commandes et la sauvegarde des données. L’ordinateur auxiliaire, quant à lui, fonctionne avec un système d’opération cadencé développé par Natio-

nal Instruments pour le contrôle en temps réel. La carte NI-6323 est utilisée pour l’acquisition et la génération de signaux. Les tensions sont mesurées en configuration différentielle avec 16 bits de précision et une sensibilité allant de 0.2 V à 10 V, en fonction de l’amplitude typique de la quantité mesurée.

Au cours d’une mesure magnétique, l’acquisition et la génération de signaux sont faites dans une boucle de 2 ms (très précisément), qui est schématisée à la figure 3.4. Il est raisonnable de penser réduire à 1 ms avec cette configuration. On mesure d’abord les diverses tensions et, ensuite, un calcul de contrôle est fait pour déterminer la forme d’onde du courant satisfaisant la commande en flux prescrite. On formule un vecteur de points pour atteindre ce courant en plusieurs échelons plus petits. Puis, on transmet cette forme d’onde à la sortie analogique de la carte. La dernière étape consiste à envoyer les mesures à l’ordinateur principal tout en gardant la cadence de la boucle pour garder l’aspect temps réel. Ces étapes ne sont effectuées qu’une seule fois par boucle. Ainsi, les mesures se font à une cadence de 500 Hz et elles ne sont pas synchronisées avec la mise à jour de la tension en sortie, i.e. qu’il y a un délai entre l’étape 5 d’un pas de temps de contrôle et l’étape 1 du pas de temps suivant selon la figure 3.4. Ceci a comme effet positif de réduire l’impact des fortes dérivées de l’échantillonnage.

3.2.2 Effet de l’échantillonnage

Le problème adressé survient lors du changement abrupt de la consigne sur le courant d’exci- tation, tel qu’à la figure 3.5. La réponse en fréquence de l’amplificateur utilisé, allant jusqu’à 50 kHz, est suffisamment élevée pour imposer d’importantes dérivées temporelles en courant. Puisque la tension induite, soit l’information mesurée, est proportionnelle à la dérivée de ce courant (le flux), le biais de mesure ajouté par l’échantillonnage est significatif. Ce montage emploie deux astuces pour s’en affranchir.

La première astuce est d’envoyer un court vecteur de points pour imposer une rampe au lieu d’un saut au courant circulant dans la bobine d’excitation. L’amplitude des sauts est réduite et le contenu fréquentiel s’éloigne davantage de la fréquence d’opération. Le filtrage analogique de cette composante fréquentielle, à plus haute fréquence, en amont de l’amplificateur en est d’autant plus efficace et simple, et constitue la deuxième astuce. Le filtre est de type RC avec une fréquence de coupure à 200 Hz. Il est situé directement en sortie de la carte National Instruments, et un câble coaxial amène le signal filtré jusqu’à l’entrée de l’amplificateur. Le coût supplémentaire, en terme de temps, pour envoyer un vecteur de points au lieu d’un seul point est notable dans le calcul de la boucle cadencée. Une combinaison des deux ap- proches, tout en assurant le cadencement de la boucle, est employée afin de réduire l’effet de l’échantillonage du courant sur la mesure du flux magnétique.

Sauvegarde de données Préparation

de signaux Interface utilisateur

Ordinateur principal Ordinateur auxiliaire

État 1: En attente État 2: Mesure

magnétique État 3: Chauffe Forme d’onde désirée

du flux magnétique en fonction du temps Données (FIFO) Déclenchement des mesures ou de la chauffe Communications

Figure 3.3 On présente un schéma de la séparation des tâches entre les deux ordinateurs du montage.

3.2.3 Contrôle de l’inductance variable

Il a été montré, par la description de l’effet de peau dans ce travail, par la norme A773/A773M - 14 et par divers auteurs tels que Fiorillo (2004) et Wulf et al. (2000), que le contrôle du ˆB/ˆtpermet de réduire le contenu harmonique en B et donc d’obtenir une meilleure mesure des propriétés intrinsèques. Ceci s’applique puisqu’on limite le rythme de variation de B contrairement au contrôle en H qui permet des ˆB/ˆt élevés selon les propriétés magnétiques. Le banc d’essai a été conçu pour permettre une telle rétroaction numérique en temps réel. Cependant, l’asservissement d’une forme d’onde de flux magnétique dans une inductance hautement non-linéaire requierra une attention supplémentaire dans la continuité de ce projet. Seulement les bases du travail, ont été établies à ce jour.

La solution adoptée à court terme vise à obtenir le flux magnétique désiré par prédiction au lieu d’employer un contrôle en temps réel. Un processus itératif crée une courbe d’hystérésis brute qui permet l’interpolation d’un courant d’aimantation mieux adapté aux propriétés, encore inconnues, de l’échantillon. Il faut 3 à 5 itérations, illustrées à la figure 3.6, pour obtenir un contrôle adéquat. Le résultat, soit une densité de flux magnétique sinusoïdale, est présenté à la figure 3.7, avec l’analyse de son contenu harmonique.