Contribution La Mod Lisation Non Lin Aire Et La Commande D Un Actionneur Robotique Int Gr Pour La Manipulation
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Contribution à la modélisation non-linéaire et à la commande d'un actionneur robotique intégré pour la manipulation
La réalisation de tâches de manipulation dextres requiert une complexité aussi bien dans la conception de préhenseur robotique que dans la synthèse de leurs lois de commande. Une optimisation de la mécatronique de ces systèmes permet de répondre aux contraintes d'intégration fonctionnelle en se passant de capteurs de force terminaux. L'utilisation de mécanismes réversibles rend alors possible la détermination du positionnement du système dans l'espace libre et la détection de son interaction avec les objets manipulés, grâce aux mesures proprioceptives inhérentes aux actionneurs électriques. L'objectif de cette thèse est de parvenir synthétiser, dans le contexte articulaire (un degré-de-liberté), une commande adaptée à la manipulation en tenant compte de ces particularités mécaniques. La méthode proposée est basée sur une commande robuste par rapport aux non-linéarités structurelles dues aux effets gravitationnels et aux frottements secs d'une part et par rapport aux rigidités variables des objets manipulés. L'approche choisie nécessite la connaissance précise de la configuration du système étudié à chaque instant. Une représentation dynamique de son comportement permet de synthétiser un capteur logiciel pour l'estimation des grandeurs indispensables à la commande. Ces différentes étapes sont validées par des essais expérimentaux pour justifier la démarche choisie menant à une commande adaptée à la manipulation d'objets.
Contribution à la commande non linéaire par mode de glissement
Ce mémoire s’intéresse à la commande par mode de glissement de systèmes non linéaires affines en la commande et traite une application pour le positionnement par suivi de trajectoires d'un actionneur électropneumatique. La première partie du mémoire présente les principes de fonctionnement du mode de glissement, sa robustesse et son utilisation pour la synthèse de commandes dédiées aux systèmes physiques mal modélisés. Une méthodologie est proposée quant a l'application aux systèmes non linéaires affines en la commande. Par la suite, une analyse du comportement en mode de glissement est effectuée. La seconde partie traite d'une application de cette commande par mode de glissement au positionnement d'un actionneur électropneumatique rotatif. Différentes lois de commande (commande non linéaire linéarisante, commande par mode de glissement et commande par mode de glissement avec surface intégrale) ont été testées en vue d'une compensation robuste des erreurs commises à cause de la méconnaissance des fuites et de l'inertie. Pour éviter l'utilisation du capteur d’accélération nous avons propose un observateur réduit implémenté comme un estimateur du couple perturbateur (gravité et frottement sec). Ceci a donné des résultats très satisfaisants aussi bien avec la commande non linéaire linéarisante qu'avec les commandes par mode de glissement..
CONTRIBUTION A L'ETUDE DES CHAINES D'ACTIONNEMENT ELECTRIQUES DES ROBOTS
L'UTILISATION PRATIQUE DES RESULTATS OBTENUS DANS LES DOMAINES DE L'IDENTIFICATION ET DE LA COMMANDE DES ROBOTS SUPPOSE LA MESURE OU L'ESTIMATION PRECISE DES COUPLES ARTICULAIRES APPLIQUES A LA STRUCTURE, CE QUI NECESSITE UNE BONNE CONNAISSANCE DE LA CHAINE DE TRANSMISSION DE LA CONSIGNE DE COUPLE DU CONTROLEUR NUMERIQUE JUSQU'A L'ARTICULATION DU ROBOT. LES TRAVAUX DEVELOPPES DANS CETTE THESE CONCERNENT LA MODELISATION ET L'IDENTIFICATION DE L'ACTIONNEUR ELECTRIQUE (DYNAMIQUE, SATURATIONS DE L'ASSOCIATION CONVERTISSEUR MACHINE A COURANT CONTINU (MCC) ET MACHINE SYNCHRONE (MS), COMMANDE,) A TRAVERS TROIS THEMES PRINCIPAUX. -MODELISATION DE L'AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE QUI UTILISE LA TECHNIQUE DE LA MODULATION DE LARGEUR D'IMPULSION (MLI). DANS LE CAS D'UNE COMMANDE ANALOGIQUE UN MODELE GAIN PUR EST ETABLI AVEC UN CALCUL RIGOUREUX DES HARMONIQUES DE TENSION DEFINISSANT LES LIMITES DE VALIDITE DU MODELE. AVEC LA COMMANDE NUMERIQUE ON MONTRE QUE L'ECHANTILLONNEUR BLOQUEUR ASSOCIE A UNE MLI ANALOGIQUE CONSTITUE UNE BONNE APPROXIMATION DU MODELE PLUS FIN CALCULE AVEC L'APPROCHE FREQUENTIELLE. CES RESULTATS SONT ETENDUS A L'ETUDE DE L'ONDULEUR TRIPHASE PAR UN CALCUL DES HARMONIQUES DE LA TENSION DE LA MLI TRIPHASEE DANS LE REPERE D-Q EN REGIME EQUILIBRE ET DESEQUILIBRE ET LES HARMONIQUES DE COUPLE QUI EN DECOULENT. -IDENTIFICATION EXPERIMENTALE DES PARAMETRES DES MACHINES QUI UTILISE UNE METHODE ISSUE DE LA ROBOTIQUE BASEE SUR LE CALCUL ET LE SUIVI D'UN SIGNAL EXCITANT POUR AUGMENTER LA ROBUSTESSE DE L'IDENTIFICATION VIS A VIS DES PERTURBATIONS. DEUX APPROCHES SONT PROPOSEES: L'UNE PERMET D'IDENTIFIER GLOBALEMENT TOUS LES PARAMETRES ET L'AUTRE PROCEDE EN TROIS ETAPES, AVEC UNE AMELIORATION DE LA PRECISION DE L'ESTIMATION DES PARAMETRES. -MODELISATION SIMPLIFIEE DE L'ACTIONNEUR COMMANDE EN COURANT AVEC PRISE EN COMPTE DES SATURATIONS SIGNIFICATIVES SUR LES PERTES DE PERFORMANCES, CE QUI PERMET DE DIMINUER TRES NETTEMENT LE TEMPS DE SIMULATION. FINALEMENT, LES PARAMETRES IDENTIFIES SONT UTILISES POUR IMPLANTER UNE COMMANDE DYNAMIQUE EN TENSION DU ROBOT QUI S'AVERE PLUS PERFORMANTE QU'UNE COMMANDE DYNAMIQUE CLASSIQUE EN COUPLE