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Actionneurs électromécaniques pour la robotique et le positionnement - Conception, alimentation et commande

Auteur(s) : Bertrand NOGAREDE, Carole HÉNAUX, Jean-François ROUCHON

Relu et validé le 05 févr. 2015

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RÉSUMÉ

Les effets électrodynamiques, fondés sur l'interaction de champs et de sources électromagnétiques, sont les solutions les plus classiquement employées dans la conception des actionneurs électromécaniques. Cependant, le choix d’utiliser les déformations produites au sein de certains types de matériaux, dits électroactifs, constitue une alternative de plus en plus crédible, notamment dans le cas d'actions électromécaniques distribuées. Cet article présente les éléments de conception et de dimensionnement de l'actionneur, suite à la prise en compte des contraintes mécaniques et thermiques. Les stratégies d'alimentation électronique employées pour le pilotage des différentes structures sont ensuite détaillées.

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ABSTRACT

The electrodynamic effects, based upon the interaction of electromagnetic sources are the most widely used solutions in the designing of electro-mechanical actuators. However, the choice to utilize the deformations produced within certain types of materials, so called electro active, has become an increasingly reliable alternative, particularly in the case of distributed mechanical actions. this article presents the designing and dimensioning elements of the actuator, according to mechanical and thermal constraints. The electronic supply strategies used for the operation of the various structures are then detailed.

Auteur(s)

Bertrand NOGAREDE : Professeur des Universités à l'Institut polytechnique de Toulouse INPT/École nationale supérieure d'électrotechnique, d'électronique, d'informatique, d'hydraulique et des télécommunications ENSEEIHT
Carole HÉNAUX : Maître de Conférence à l'Institut polytechnique de Toulouse INPT/École nationale supérieure d'électrotechnique, d'électronique, d'informatique, d'hydraulique et des télécommunications ENSEEIHT
Jean-François ROUCHON : Maître de Conférence à l'Institut polytechnique de Toulouse INPT/École nationale supérieure d'électrotechnique, d'électronique, d'informatique, d'hydraulique et des télécommunications ENSEEIHT

INTRODUCTION

La technologie des actionneurs électromécaniques repose sur l'exploitation de procédés physiques relativement variés. Si les effets électrodynamiques, fondés sur l'interaction de champs et de sources électromagnétiques, donnent lieu aux solutions les plus classiquement employées pour produire un effort ou un mouvement à partir d'une source d'énergie électrique, l'idée d'utiliser les déformations produites au sein de certains types de matériaux, dits électroactifs, constitue une alternative de plus en plus crédible, notamment dans le cas d'actions électromécaniques distribuées (structure intelligente).

Sur la base de la classification des procédés et structures exposée dans le dossier précédent [D 5 341], le présent dossier précise les conditions de mise en œuvre des solutions techniques correspondantes.

Les éléments de conception et de dimensionnement de l'actionneur font l'objet de la première partie. Les techniques d'alimentation électronique employées pour le pilotage des différentes structures à armature inductive ou capacitive sont ensuite examinées. Enfin, les lois de commande permettant le contrôle de l'actionneur selon différentes stratégies (commande en position vitesse ou en effort) font l'objet de la dernière partie (cf. dossiers sur les machines asynchrones [D 3 620] [D 3 622] et [D 3 623]).

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d5342

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Accueil > Ressources documentaires > Automatique - Robotique > Robotique > Conception, modélisation et commande en robotique > Actionneurs électromécaniques pour la robotique et le positionnement - Conception, alimentation et commande

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - DE FORNEL (B.) - Machines asynchrones – Alimentation et caractéristiques. - [D 3 620] Convertisseurs et machines électriques, août 2004.
(2) - DE FORNEL (B.) - Machines asynchrones – Commande par contrôle scalaire. - [D 3 622] Convertisseurs et machines électriques, mai 2006.
(3) - DE FORNEL (B.) - Machines asynchrones – Commande par contrôle direct de couple. - [D 3 623] Convertisseurs et machines électriques, mai 2006.

ANNEXES

1 Sources bibliographiques
2 Annuaire
1. 2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
3 Événements

1 Sources bibliographiques

KONE (A.D.) - NOGAREDE (B.) - LAJOIE MAZENC (M.) - Le dimensionnement des actionneurs électriques : un problème de programmation non linéaire. - Journal de Physique III, France 3, 285-301 (1993).

MESSINE (F.) - NOGAREDE (B.) - LAGUANELLE (J.L.) - Optimal design of electromechanical actuators : a new method based on global optimization. - IEEE Transactions on Magnetics, vol. 34, N^o 1, p. 299-308 (1998).

NOGAREDE (B.) - Electrodynamique appliquée – Bases et principes physiques de l'électrotechnique. - Dunod, ISBN 2 10 007314 1, Paris, p. 260 (2005).

IKEDA (T.) - Fundamentals of Piezoelectric Materials Science. - ISBN-10:0198563396, Oxford University Press, USA, p. 274 (1990).

BOSE (B.K.) - Power electronics and ac drives. - Prentice-Hall, ISBN 0 13 686882 7, Englewood Cliffs, News Jersey 07632, p. 402 (1987).

REBIERE (O.) - Modélisation et conception de microactionneurs électrostatiques. - Thèse de l'Institut National Polytechnique de Toulouse, Laboratoire d'Électrotechnique et d'Électronique Industrielle de l'ENSEEIHT, UMR 5828, 15 nov. 1999.

NOGAREDE (B.) - PIECOURT (E.) - Circuit d'alimentation d'un moteur piézoélectrique. - Brevet n^o PCT/FR9500704. Déposant Société Moulinex SA, 31 mai 1995.

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - ÉLÉMENTS DE CONCEPTION

1.1 - Principes du dimensionnement électromécanique
1.2 - Prise en compte des contraintes mécaniques et thermiques

Tableau 1 - Valeurs usuelles de densité de courant en fonction du mode de [...]
1.3 - Du cahier des charges à la solution optimisée : méthodologie de conception