Mise en

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Mise en œuvre et commande dun moteur
piézo-électrique
DEJEAN / LEONARD
Mécatronique 3ème année
Responsable projet Gilles DUCREUX
Soutenance projet
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SOMMAIRE

• INTRODUCTION
• Objectifs du projet
• Introduction à leffet piézoélectrique
• PRESENTATION
• Le moteur piézo-électrique
• Etude de la commande du moteur
• Instrumentation/Choix du capteur
• Etude des différents systèmes
• Conception de la maquette
• Tests
• CONCLUSION

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INTRODUCTION ? Les objectifs du projet

• Les objectifs
• Mettre en œuvre le système
• . Commande du moteur
• . Choix dun capteur
• . Réalisation dun banc de contrôle
• Les besoins
• Développer les connaissances en matière
  dentraînement sur une nouvelle technologie, le
  moteur piézo-électrique

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INTRODUCTION ? Introduction à leffet
piézoélectrique
Principe physique
la déformation causée par l'effort de compression
génère une séparation des centres des charges
positives et négatives d'où l'apparition d'un
champ électrique.
Effet direct
Effet inverse
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PRESENTATION ? Le moteur piézoélectrique
Alimentation du moteur
Premier point
Utilisation de leffet piézoélectrique inverse

• Lalimentation de deux plaques séparées dune
  distance d entraîne lapparition dun champ
  électrique
• Si le signal dentrée varie alors le champ E
  varie et rentre en vibration à la même fréquence
  que ce signal
• Le matériau rentre alors en résonnance et se
  déforme de quelques µm

Remarque La fréquence du signal doit être la
même que celle de résonnance des plaques (116kHz)
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PRESENTATION ? Le moteur piézoélectrique
Deuxième point

• On excite les plaques céramiques avec une MLI
  dont la fréquence correspond à un mode propre de
  flexion du stator.
• On combine deux vibrations sinusoïdales en
  quadrature dans le temps et lespace.
• Création dune onde progressive au stator,
  entraînant le rotor par friction.

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PRESENTATION ? Le moteur piézoélectrique
Quelques caractéristiques
Utilisé dans lindustrie des microsystèmes
mécatroniques (montres, appareils photos...).
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PRESENTATION ? Le moteur piézoélectrique

• Avantages
• Moteur à friction pas de casse mécanique en cas
  de Blocage
• Fort couple de maintien (par rapport à son poids)
• Fonctionnement silencieux
• Couple élevé à basse vitesse
• Taille très réduite

• Inconvénients
• Nécessité dun autopilotage en tension
  (alimentation électrique complexe)
• Usure importante (faible durée de vie).

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PRESENTATION ? Etude de la commande du moteur
Cahier des charges
Afin de contrôler le déplacement du moteur, on
réalise un asservissement de position. Le driver
du moteur comporte une entrée de mesure
analogique et une entrée de mesure numérique
(A-B).
FONCTION CRITERE NIVEAU FLEXIBILITE
Délivrer un signal image de la position de la cible Précision lt 10 µm F1
Retourner linformation rapidement Temps de réponse lt 100 µs F0
Faible perturbation pour le moteur Frottements faibles lt 0,5 N F1
Faible perturbation pour le moteur poids lt 100g F2
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PRESENTATION ? Instrumentation/Choix du capteur
Essais avec le capteur optique analogique
Commande moteur
PC
PID
Trait.
DRIVER

5V
-
Consigne
GND
Analog. Signal
Moteur
Sharp GP2D12
Bras de levier
Capteur optique
Cible
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PRESENTATION ? Instrumentation/Choix du capteur
Résultats obtenus
La courbe représente le déplacement de laxe
moteur donné par le programme ci-contre
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PRESENTATION ? Instrumentation/Choix du capteur
La réponse du capteur optique est non linéaire
Problème de transmission de données
Codeur incrémental OEZ-025-2MC, 1024 pas par tour.
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PRESENTATION ? Etude des différents systèmes ?
Système à bras de levier
Précision ?x (Lr)sin (?a) 138 µm
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PRESENTATION ? Etude des différents systèmes ?
Système direct
Précision ?x ?a.r 21,5 µm
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PRESENTATION ? Etude des différents systèmes ?
Système à poulies
a.r ß.R2 et ?xß.R1
Précision ?x ?a.r.R1/R2 7 µm
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PRESENTATION ? Conception de la maquette
Fonctionnement de lasservissement du moteur
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PRESENTATION ? Tests

• Essais du système en boucle fermée
• Déplacements relatifs et absolus
• Réglages des coefficients PID
• Réglages des valeurs limites de déplacement

Driver
Logiciel
PID
Traitement
Capteur
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PRESENTATION ? Tests
Essai du système en boucle fermée
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CONCLUSION ? Diagramme de Gantt
Comparaison entre lestimation et la réalité
Répartition des tâches prévues Répartition des
tâches réelles
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CONCLUSION
Bilan des tâches remplies - Construction de la
maquette - Fonctionnement du moteur en boucle
fermé Perspectives - Réglage des PID pour un
fonctionnement optimal - Réalisation
industrielle de la maquette