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Module 1: Conception d'un système automatisé

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Introduction au système mécatronique

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Introduction aux systèmes mécatroniques

C1M2T2_V1 Mechatronics Based Systems Till maintenant, un terme ou un mot a été très régulièrement utilisé et ce terme est système. En tant que point de vue technique, un système peut être défini comme une boîte ou un ensemble ou un volume délimité qui comporte certaines entrées et certaines sorties, où il existe un ensemble de relations entre les éléments. Ces éléments sont des entrées et des sorties. L'ensemble de relations entre l'entrée et la sortie représente le comportement du système réel. Lorsque cette relation est représentée sous forme mathématique, ce processus est appelé la modélisation du système. Un simple exemple de système est un thermomètre. Le thermomètre est un système très commun que l'on peut avoir. L'entrée dans le système ou l'entrée au thermomètre est la température. Le thermomètre mesure la température. L'élément d'entrée de ce système est la température et de ce thermomètre nous obtenons une valeur s ou un nombre, affiché sur l'écran s'il s'agit d'un thermomètre numérique ou s'il s'agit d'un thermomètre analogique, alors nous pouvons le voir à l'échelle. Il y a une relation de ce nombre avec la température d'entrée, car la température augmente le nombre est également en augmentation. On peut donc dire que le nombre affiché sur l'écran est directement proportionnel à la température Cette relation lorsqu'elle est représentée mathématiquement est appelée la modélisation du système. Un moteur peut être considéré comme le deuxième exemple. Pour le moteur, l'entrée est électrique et la sortie est une rotation. Là encore, il y a une relation, la rotation de l'arbre du moteur tourne à une vitesse élevée lorsque plus d'énergie électrique est appliquée. Ainsi, le moteur ou le thermomètre peuvent être appelés comme des systèmes qui ont certains intrants et extrants. Un autre exemple du système à terme est un système mécanique typique et ce système mécanique typique est un ressort. Le printemps est largement utilisé dans la variété des applications d'ingénierie. L'application la plus importante ou la plus courante du printemps est la suspension de l'automobile. Les ressorts sont d'une variété de types tels que le ressort de compression, le ressort d'extension, le ressort de torsion, le ressort de la bobine et le ressort des feuilles. De plus, une autre application du printemps est dans notre conférence précédente qui se trouve dans des montres ou des horloges. Maintenant, compte tenu d'un printemps typique et d'un arrangement de force ; au printemps, lorsqu'une force à l'extrémité libre du ressort est appliquée, sa fin est déplacée. Ainsi, l'entrée dans le système est une force et la sortie est le déplacement. Le printemps suit la loi de Hooke. La loi de Hooke est un principe de la physique, qui stipule que la force nécessaire pour étendre ou comprimer une source à une certaine distance est proportionnelle à cette distance elle-même. Cette loi a été donnée par un physicien britannique au XVIIe siècle. Lorsqu'un ressort est étiré ou comprimé, sa longueur change d'un montant x de sa longueur d'équilibre, alors il exerce une force F, c'est-à-dire dans la direction de la position d'équilibre. La force que le printemps exerce n'est rien, mais le rétablissement de la force. Il restaure le ressort à sa longueur d'équilibre. Mathématiquement, la loi de Hooke peut être représentée par F = Kx où F est la force dans Newton, x est la distance en mètres et K est la constante de proportionnalité et elle est appelée comme la raideur du ressort. Le diagramme de bloc d'un système printanier type peut être vu sur la figure ci-dessus. On sait que, un ressort a une force et un déplacement et il suit le principe de l'opération comme F = Kx. Donc, cette relation serait vraie dans le cas d'un état d'équilibre. Cependant, en réalité, le ressort oscillera et vibrera sur sa position d'équilibre et atteindra sa position d'équilibre après un certain temps. Donc, si une force sur le ressort est appliquée, une extension du ressort est observée. Cependant, ce ne sera pas l'extension finale ou la valeur finale que nous obterons, le printemps oscillera et vibrera et après un certain temps, il sera stabilisé. Maintenant, les différents blocs de construction d'un système automatique basé sur mécatronique seront discutés. Le premier bloc de construction d'un système automatisé est le système de mesure. Le système de mesure comprend divers capteurs, dispositifs de conditionnement de signaux et unités d'affichage. Le deuxième bloc de construction est les systèmes d'actionnement et d'actionnement. Le troisième est un microprocesseur et le quatrième est le logiciel. Il est connu que le logiciel est un ensemble de programmes qui contrôlent les opérations du système de microprocesseur. Dans un arrangement montrant les blocs de construction d'un système automatisé, un système mécanique qui est essentiellement contrôlé par un système de contrôle à microprocesseur peut être vu. Ce système de commande à microprocesseur reçoit des entrées de divers capteurs, qui peuvent être des capteurs numériques ou des capteurs analogiques. Ces capteurs donnent des signaux supplémentaires aux dispositifs de conditionnement du signal. Le conditionnement du signal peut être la conversion de signaux analogiques en signaux numériques. Il peut aussi avoir les différentes fonctions comme l'amplification, la linéarisation, l'enlèvement du bruit, la modulation. Ce conditionnement de signaux sera discuté en détail lors de nos prochaines conférences. Le microprocesseur donne des signaux aux actionneurs grâce à un ensemble de dispositifs de conditionnement de signaux. On sait que les microprocesseurs produisent une série d'impulsions et que, sur la base de cette série d'impulsions, nous devons actionner les actionneurs. Cependant, certains actionneurs utilisent l'entrée analogique comme moteur. Dans ce cas, il convertit le signal numérique qui vient du microprocesseur en forme analogique et que le signal analogique sera utilisé par l'actionneur. Les actionneurs actionnant le système mécanique. Il s'agit d'un arrangement type dans lequel il possède un système mécanique de base et qui est contrôlé par un système de commande à microprocesseur. Il a les blocs importants, c'est-à-dire le système de mesure et le système d'actionnement.

PAGE 2 Question d'évaluation #1 Lequel des éléments suivants est la représentation mathématique de la Loi de Hooke? Faites glisser la bonne réponse dans l'espace fourni

Réponse correcte: F = Kx Réponse incorrecte: K=Fx, F=Xk, X = Kf

PAGE 3 C1M2T2_V2 Mechatronics-Based Spring System Pour comprendre ces blocs de construction, prenons un exemple très simple d'un système de printemps et essayons de développer un système automatisé équivalent basé sur la mécatronique pour le système de printemps. Dans la présente conférence, le printemps est considéré comme un modèle et ce modèle de système mécanique sera converti en modèle de système basé sur la mécatronique. À cette fin, on tiendra compte d'un cylindre hydraulique à piston. On le voit au printemps que, il imite la loi de Hooke, c'est-à-dire F = Kx. Ainsi, pour avoir un système automatisé, voici un cylindre hydraulique à piston. Il a un cylindre, le cylindre a un piston, le cylindre a deux ports, le numéro de port 1 et le numéro de port 2. Lorsque nous appliquons un fluide pressurisé à travers le port 1, il y a une extension du cylindre, le piston sortirera du cylindre. Si le liquide sous pression est appliqué par le port 2, alors il y a contraction du cylindre. Le piston se déplace à l'intérieur du cylindre et il s'agit d'un cylindre typique à piston hydraulique. Lorsqu'une pression de fluide est appliquée, avec force, F en fonction de l'extension, une extension du cylindre x sera obtenue. Pour que ce processus soit automatique, des capteurs et un système de mesure sont nécessaires. Une fois de plus, pour prendre des décisions automatiquement, un microprocesseur est utilisé. Un microprocesseur n'est rien d'autre qu'un dispositif qui possède des barrières logiques et des éléments de mémoire. Le microprocesseur exécute des fonctions logiques qui sont implémentée au moyen de logiciels. Il se peut qu'on veuille une sortie si l'entrée A et l'entrée B, les deux donnent des signaux. Nous voulons une sortie lorsque l'entrée A et l'entrée B, les deux donnent des signaux au microprocesseur, alors, nous voulons avoir la sortie. Il peut y avoir une situation ou il peut y avoir un programme qui demande au microprocesseur de produire une sortie lorsque l'une ou l'autre des entrées est présente. Ce type de conditions, lorsque les microprocesseurs sont enseignées par le biais de programmes, on dit que nous sommes en train de développer un système de contrôle basé sur les microprocesseurs. Lorsque les ports d'entrée-sortie, la mémoire et toutes les portes logiques sont intégrés sur une seule puce, appelée microcontrôleurs. Un système embarqué est un système à microprocesseur conçu pour contrôler une gamme de fonctions et ne pas être programmé par l'utilisateur final. En d'autres termes, la signification du système embarqué est que, lorsque les microcontrôleurs ou le système à microprocesseur sont intégrés au système mécanique et que l'utilisateur final n'est pas autorisé à le programmer. Un exemple simple est la machine à laver. L'utilisateur ne peut pas reprogrammer ou ne peut pas éditer le programme de la machine à laver. Quel que soit le concepteur ou le fabricant qui nous a donné, nous devons utiliser le même programme ou le même mode de fonctionnement. Le prochain bloc de construction est la génération de signaux de niveau approprié et de type approprié. Puis vient l'actionnement, qui n'est rien d'autre que l'extension ou la contraction du cylindre. Cette extension ou contraction du cylindre serait faite à l'aide d'un fluide hydraulique pressurisé. Ce fluide hydraulique pressurisé sera généré à l'aide d'un moteur électrique et d'une pompe hydraulique. La pompe et l'arrangement moteur sont les dispositifs d'actionnement. Et puis il est nécessaire d'écrire un programme d'ordinateur, et un ensemble d'instructions qui imitent la loi de Hooke. Maintenant, représentant tous ces éléments comme un diagramme de bloc, nous avons pris le système à piston hydraulique, puis nous devons sélectionner un capteur approprié. Dans ce cas, LVDT est considéré, qui est un transformateur différentiel à variable linéaire. Il est le capteur de déplacement à base de contact. Les capteurs produisent les signaux qui seront conditionnés et la forme analogique sera convertie en forme numérique, et les signaux numériques sont donnés au microprocesseur. Comme on le sait, le microprocesseur comprend la forme numérique du signal. Quelle est la signification de la forme analogique du signal? En forme analogique, le signal est une fonction continue du temps. Cependant, sous forme numérique, les signaux ne sont rien, mais une séquence d'impulsions. Nous recevons les signaux en termes d'impulsions. Les microprocesseurs ne comprennent que les signaux numériques, pour lesquels le signal analogique est converti en forme numérique. Le microprocesseur dispose du programme défini par le programmeur. Il génère la sortie dans le format numérique et cette sortie est nécessaire pour convertir davantage en format analogique, car notre actionneur est un moteur électrique. Le moteur fonctionne sur la base de la puissance électrique, de sorte que les impulsions numériques sont converties en un niveau approprié de signal analogique et que le signal analogique activait le moteur. Le moteur conduit la pompe, et la pompe est à l'origine de l'arrangement de vérin hydraulique à piston. Elle s'étend ou s'étend sur la base de certains arrangements de la pompe à moteur et de quelques autres équipements auxiliaires, et sur la base de cela, elle génère à nouveau certains signaux à l'aide de capteurs de transformateurs différentiels à variables linéaires. Que les capteurs donnent une entrée au microprocesseur, le microprocesseur traite à nouveau les informations et prend le signal et donne à l'arrangement de vérin hydraulique à piston. De cette façon, il est facile d'imiter la loi de Hooke, c'est-à-dire F = Kx. Sur la base de ce qui précède, comment pouvons-nous avoir les dispositions réelles de tous ces éléments. Donc, dans la figure, on peut voir un arrangement typique qui peut être développé pour imiter ça à la loi de Hooke. Dans ce cas, s'il est voulu convertir ce système mécatronique équivalent en un système automatisé basé sur la mécatronique, quelles sont les différentes choses requises ; sera discuté. Dans la figure, on peut voir un arrangement typique. Cette disposition typique a l'arrangement vérin hydraulique du piston. À la fin du piston une plaque est fixée. Il y a un ensemble de capteurs, le capteur LVDT 1 et le capteur 2. Le capteur 1 détectera l'extension du cylindre, le capteur 2 détectera la contraction du cylindre. Analogue au convertisseur numérique, système de microprocesseur, convertisseur digital vers analogique sont également présents. Le microprocesseur du système contrôle les opérations de la pompe hydraulique, le processeur envoie des signaux à la pompe, il démarre la pompe et éteint la pompe. Le système régule également la pression à l'intérieur du système. Le processeur dirige également le flux de fluide à l'intérieur du système. Le microprocesseur surveille également la qualité du fluide hydraulique qui est utilisé par la surveillance des signaux provenant du filtre. Si le liquide est contaminé, s'il a de nombreuses particules physiques qui peuvent obclonner le système, cela peut endommager le système, puis le microprocesseur nous donnerons l'alarme qu'il demandera à l'opérateur de changer le fluide. Il peut être vu, comment le microprocesseur peut fonctionner l'arrangement du cylindre de piston. Pour l'extension, le microprocesseur donnera le signal à la pompe hydraulique pour pomper le fluide pressurisé au port A. Comme un fluide pressurisé passe par le port A, le piston se déplacera, il sortira le cylindre s'étendra et sera senti par le capteur LVDT 1. LVDT est en contact direct avec la plaque d'extrémité. L'entrée du capteur sera utilisée par le microprocesseur et si le déplacement est comme par le désir, son amende, mais si elle n'est pas selon la valeur fixée, alors elle demandera à la pompe hydraulique de pomper plus de fluide au port A jusqu'à ce qu'elle atteigne sa valeur de jeu de valeurs désignée. Pour changer la direction du mouvement du piston ou de la contraction, le microprocesseur peut alors demander à la paroi de commande de mettre la pression de l'autre côté du piston, à cet effet, la paroi de commande sera actionné par le microprocesseur et le fluide pressurisé sera donné à l'autre côté du piston. Lorsque le liquide pressurisé arrive dans cette zone, le piston se contractera jusqu'à ce qu'il atteigne sa position désignée. De cette façon, le microprocesseur contrôle le pompage du fluide hydraulique à l'intérieur de l'arrangement du cylindre de piston, il régule la pression et contrôle la direction du mouvement du fluide à l'intérieur du système. De cette façon, nous pouvons convertir un système en un système automatisé basé sur des microprocesseurs. Pour ces nombreux équipements, de nombreux capteurs, des actionneurs sont nécessaires et il faut apprendre à programmer les microprocesseurs également.

PAGE 4 Question d'évaluation #2 Lequel des éléments suivants n'est PAS un bloc de construction d'un système automatisé mécatronique? Choisissez une réponse.

Réponse correcte: Systèmes de positionnement Réponse incorrecte: système de mesure, unités et systèmes d'actionnement, système de microprocesseur et logiciel