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RÉSUMÉ
Cet article décrit les principes, les fonctions, les technologies de construction des modulateurs électropneumatiques de puissance (souvent nommés composants pneumatiques proportionnels). En outre, il définit les caractéristiques fonctionnelles et décrit les méthodes expérimentales pour les obtenir. Deux exemples donnent une illustration des applications industrielles potentielles de tels composants.
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Daniel HUBERT : Ingénieur CNAM, Responsable Recherche et Développement chez Asco Joucomatic - Chargé de cours à l'UTC et à l'Université Marne la Vallée
INTRODUCTION
Retenus pour leur robustesse, leur vitesse d'exécution, leur facilité d'installation et de maintenance, leur faible coût, les actionneurs et distributeurs pneumatiques (cf. [BM 6 111]) occupent une large place dans les automatismes séquentiels et combinatoires (cf. [BM 6 112]) du milieu industriel manufacturier.
L'augmentation toujours croissante des performances souhaitées, du développement avancé de l'électronique numérique et de puissance et de l'élaboration de lois de commande robuste a entraîné, durant la dernière décennie, le développement de systèmes électropneumatiques à commande continue, dits « technologie pneumatique proportionnelle » et, en particulier, le développement et la commercialisation de modulateurs électropneumatiques de puissance.
Cet article s'inscrit dans ce contexte, ces nouveaux composants «proportionnels» sont ici présentés dans leur principe, dans leur technologie de construction, puis dans leurs caractéristiques fonctionnelles. À titre d'exemples, nous étudions deux applications industrielles en décrivant très succinctement les systèmes électropneumatiques dans leur globalité. Ce dossier, volontairement limité aux modulateurs de puissance électropneumatique et à deux applications typiques, n'expose pas les méthodologies d'élaboration et de traitement des lois de commande qui peuvent être trouvées dans les ouvrages cités en bibliographie.
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Caractéristiques d'un modulateur électro- pneumatique de puissanceArticle inclus dans l'offre
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2. Technologies de construction des modulateurs
2.1 Partie électromécanique d'un modulateur électropneumatique
Comme mentionné précédemment, cette partie assure la conversion de la puissance électrique de la commande en puissance mécanique permettant le positionnement des orifices variables de l'étage pneumatique. La conversion opérée implique en régime d'équilibre statique une précision de positionnement compatible avec les performances de modulation attendues et en régime dynamique une rapidité compatible avec le procédé contrôlé. De manière générale, par respect des règles de contrôle-commande des systèmes continus, la dynamique du modulateur doit être négligeable par rapport à la dynamique du système contrôlé. De plus, la puissance électrique d'entrée sera minimisée par rapport à la puissance pneumatique contrôlée afin d'assurer un rendement correct de l'ensemble du système électropneumatique. Ces convertisseurs assurent donc non seulement une conversion d'énergie mais aussi une conversion d'information au travers de la réplication rapide de la modulation de cette puissance électrique ; ces caractéristiques conjointes permettent de classer ces dispositifs comme des transducteurs.
Les transducteurs électromécaniques qui peuvent être utilisés dans les modulateurs de puissance électropneumatiques peuvent être de type électrostatique ou électrocinétique.
On distingue (cf. figure 5) au travers de ces deux grandes classes de transducteurs, pour la première : les actionneurs piézoélectriques utilisés pour leur faible consommation électrique et leur rapidité mais nécessitant la génération d'une tension continu élevée (figure 7 b ). Pour la seconde, il existe les deux sous-classes suivantes :
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• Actionneur électromagnétique , tel que :
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magnétostrictif utilisant la déformation d'un matériau sous l'effet d'un champ magnétique ;
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utilisant l'énergie d'un aimant permanent qui, suivant la disposition de cet aimant dans le circuit donnera des systèmes :
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électrodynamique ; ici l'aimant est inséré dans un circuit ferromagnétique avec une bobine mobile (moteur dit « haut parleur »), dispositif possédant...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Transmission de puissance pneumatique. Introduction. - [BM 6 110] (2007).
-
(2) - Transmission de puissance pneumatique. Composants. - [BM 6 111] (2008).
-
(3) - HUBERT (D.) - Transmission de puissance pneumatique. Automatismes séquentiels et combinatoires. - [BM 6 112] Base Fonctions et composants mécaniques (2008).
-
(4) - HERNIARD (J.-M.) - Automatisation pneumatique. Actionneurs linéaires : vérins. - [B 6 100] Base Fonctions et composants mécaniques (1995).
Références
FAISANDIER (J.) et coll - Mécanismes hydrauliques et pneumatiques. - 9e édition, Dunod, ISBN 2 10 049948 3.
SCAVARDA (S.) - Les asservissements électropneumatiques de position. - Collection « technologies de pointe », Hermès, ISBN 2-86601-180-5, Paris (1989).
ThèsesYE (N.) - Contribution à la préhension robotisée pour la saisie d'objets fragiles et/ou fortement déformables. Modélisation et commande d'un préhenseur électropneumatique instrumenté. - Laboratoire d'Automatique Industrielle, INSA, Lyon, 93ISAL 0015 (1993).
SESMAT (S.) - Modélisation, simulation et commande d'une servovalve électropneumatique. - Laboratoire d'Automatique Industrielle, INSA, Lyon, 96ISAL0019 (1996).
OLABY (O.) - Robotique pour l'apprentissage des gestes médicaux, mise en œuvre de séquences d'accouchement automatisées - . Laboratoire Ampère, INSA, Lyon, ISAL0082 (2006).
RICHARD (E.) - De la commande linéaire et non linéaire en position des système électropneumatiques. - Laboratoire d'Automatique Industrielle, INSA, Lyon, 90ISAL0010 (1990).
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