Mise en œuvre et commande d’un moteur piézo-électrique DEJEAN / LEONARD Mécatronique 3ème année Mise en œuvre et commande d’un moteur piézo-électrique Responsable projet: Gilles DUCREUX Soutenance projet

SOMMAIRE INTRODUCTION PRESENTATION CONCLUSION Objectifs du projet Introduction à l’effet 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

Les objectifs : Les besoins : Mettre en œuvre le système: INTRODUCTION  Les objectifs du projet Les objectifs : Mettre en œuvre le système: . Commande du moteur . Choix d’un capteur . Réalisation d’un banc de contrôle Les besoins : Développer les connaissances en matière d’entraînement sur une nouvelle technologie, le moteur piézo-électrique

Principe physique : Effet direct : Déformation mécanique Tension INTRODUCTION  Introduction à l’effet 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 : Déformation mécanique Tension Effet inverse : Déformation mécanique Tension

Alimentation du moteur PRESENTATION  Le moteur piézoélectrique Alimentation du moteur Premier point: Utilisation de l’effet piézoélectrique inverse L’alimentation de deux plaques séparées d’une distance d entraîne l’apparition d’un champ électrique Si le signal d’entrée 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)

Déformation mécanique Entraîne le rotor par friction PRESENTATION  Le moteur piézoélectrique Deuxième point: Déformation mécanique Entraîne le rotor par friction 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 l’espace. Création d’une onde progressive au stator, entraînant le rotor par friction.

Quelques caractéristiques PRESENTATION  Le moteur piézoélectrique Quelques caractéristiques Utilisé dans l’industrie des microsystèmes mécatroniques (montres, appareils photos...).

Inconvénients : Avantages : PRESENTATION  Le moteur piézoélectrique Nécessité d’un autopilotage en tension (alimentation électrique complexe) Usure importante (faible durée de vie). 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

Cahier des charges PRESENTATION  Etude de la commande du moteur 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 < 10 μm F1 Retourner l’information rapidement Temps de réponse < 100 μs F0 Faible perturbation pour le moteur Frottements faibles < 0,5 N poids < 100g F2

Essais avec le capteur optique analogique : PRESENTATION  Instrumentation/Choix du capteur Essais avec le capteur optique analogique : PC PID Trait. Commande moteur DRIVER + - 5V Consigne GND Analog. Signal Moteur Sharp GP2D12 Bras de levier Capteur optique Cible

Résultats obtenus: PRESENTATION  Instrumentation/Choix du capteur La courbe représente le déplacement de l’axe moteur donné par le programme ci-contre

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.

Précision : ∆x = (L+r)sin (∆α) = 138 μm PRESENTATION  Etude des différents systèmes  Système à bras de levier Précision : ∆x = (L+r)sin (∆α) = 138 μm

PRESENTATION  Etude des différents systèmes  Système direct Précision : ∆x = ∆α.r = 21,5 μm

Précision : ∆x = ∆α.r.R1/R2 = 7 μm PRESENTATION  Etude des différents systèmes  Système à poulies α.r = β.R2 et ∆x=β.R1 Précision : ∆x = ∆α.r.R1/R2 = 7 μm

Fonctionnement de l’asservissement du moteur PRESENTATION  Conception de la maquette Fonctionnement de l’asservissement du moteur

Essais du système en boucle fermée: 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

Essai du système en boucle fermée : PRESENTATION  Tests Essai du système en boucle fermée :

Comparaison entre l’estimation et la réalité CONCLUSION  Diagramme de Gantt Comparaison entre l’estimation et la réalité Répartition des tâches prévues Répartition des tâches réelles

Bilan des tâches remplies: 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