Commande d’un hélicoptère à
échelle réduite à 2 ddl
Stage au sein du laboratoire Commande et Systèmes
11 décembre 2013
L’hélicoptère CE150: quelques
caractéristiques









Maquette d’hélicoptère à 2 degrés de liberté (élévation et
a...
Architecture Hardware
PWM

Simulink
(RTWT)

Carte
d’acquisition
et commande
(MF624)

PWM

Unité centrale
(hacheurs +
alime...
Modélisation dynamique du système



2 axes de rotation, 2 équations de moment
Axe horizontal (élévation):
Moment d’iner...
Modélisation dynamique du système
Axe vertical (azimut):
Moment d’inertie de l’hélicoptère autour de
l’axe vertical [kg.m²...
Modélisation simulink du système

Modèle non
linéaire

Modèle linéaire
Comparaison des modèles linéaire et non
linéaire


On constate une erreur entre les 2 modèles -> nécessité
d’implémenter ...
Comparaison des modèles linéaire et non
linéaire
-4

3

Elevation

x 10

Azimut
0.05

Modele non lineaire
Modele lineaire
...
Modèle simulink de commande du système
réel
2 échelons en entrée
8 variables mesurées
La toolbox RTWT








Période d’échantillonage Ts: 0.01>Ts>0.001
RTWT permet le mode «external» (génère code C,
co...
Réponses indicielles du système réel
Elevation
0.2
control
encoder

0.15

Tps de réponse=3s

Elevation angle (MU)

0.1

Dé...
Commande des moteurs avant et après
scaling
Moteurs avant Scaling
18
Elevation Motor
Azimuth Motor

16
14

PWM Motors

12
...
Réponses du système réel
Elevation
0.25
control
encoder

0.2
0.15
0.1
Elevation angle (MU)

Perte de
contrôle
aléatoire

0...
Commande des moteurs avant et après
scaling
Moteurs avant Scaling
5
Elevation Motor
Azimuth Motor
0

-10

-15

-20

-25

-...
Implémentation d’autres fonctions sur le
modèle de commande
Switch
« d’ atterrissage »

Commande du
switch

Curseur de
pos...
Implémentation d’une interface hommemachine sur le modèle virtuel


Addition d’un bloc input joystick pour piloter le mod...
Conclusion: Problèmes rencontrés, apport
personnel et axes de développement








Correcteurs du système non optima...
Avez-vous des questions?

Selon les théories actuelles, le bourdon ne peut
pas voler, heureusement, le bourdon ne les
conn...
Prochain SlideShare
Chargement dans…5
×

Modelling and control of a 2 dof helicopter

1 310 vues

Publié le

Modelling and Control of a 2 DOF laboratory helicopter. Hardware-in-the-loop interface with RTWT Simulink toolbox.

Publié dans : Technologie
1 commentaire
2 j’aime
Statistiques
Remarques
Aucun téléchargement
Vues
Nombre de vues
1 310
Sur SlideShare
0
Issues des intégrations
0
Intégrations
1
Actions
Partages
0
Téléchargements
0
Commentaires
1
J’aime
2
Intégrations 0
Aucune incorporation

Aucune remarque pour cette diapositive

Modelling and control of a 2 dof helicopter

  1. 1. Commande d’un hélicoptère à échelle réduite à 2 ddl Stage au sein du laboratoire Commande et Systèmes 11 décembre 2013
  2. 2. L’hélicoptère CE150: quelques caractéristiques       Maquette d’hélicoptère à 2 degrés de liberté (élévation et azimut) Système dynamique couplé Commandé par 2 moteurs DC munis d’hélices Equipé de deux capteurs de position (encodeurs) Centre de gravité peut-être ajusté grâce au déplacement d’une masse commandé par un servomoteur Interface de Simulink vers la Carte d’acquisition grâce à la toolbox Real Time Windows Target (système de type hardware-in-the-loop)
  3. 3. Architecture Hardware PWM Simulink (RTWT) Carte d’acquisition et commande (MF624) PWM Unité centrale (hacheurs + alimentation) Volt   Angles en Machine Unit [-1;1] Butées: - élévation [-0.3;0.3] - azimut [-0.7;0.7] Hélicoptère
  4. 4. Modélisation dynamique du système   2 axes de rotation, 2 équations de moment Axe horizontal (élévation): Moment d’inertie de l’hélicoptère autour de l’axe horizontal [kg.m²] α Angle d’élévation [rad] Couple du rotor principal [N.m] Couple centrifuge [N.m] Couple gyroscopique [N.m] Couple gravitationnel [N.m] Couple de frottement
  5. 5. Modélisation dynamique du système Axe vertical (azimut): Moment d’inertie de l’hélicoptère autour de l’axe vertical [kg.m²] β Angle d’azimut [rad] Couple du moteur secondaire Couple résultant du moteur principal Couple de frottement
  6. 6. Modélisation simulink du système Modèle non linéaire Modèle linéaire
  7. 7. Comparaison des modèles linéaire et non linéaire  On constate une erreur entre les 2 modèles -> nécessité d’implémenter une correction
  8. 8. Comparaison des modèles linéaire et non linéaire -4 3 Elevation x 10 Azimut 0.05 Modele non lineaire Modele lineaire 2 1.5 1 0.5 0.03 0.02 0.01 0 0 -0.5 Modele non lineaire Modele lineaire 0.04 Azimuth angle (MU) Elevation angle (MU) 2.5 0 2 4 6 8 10 Time(s) 12 14 16 18 20 -0.01 0 2 4 6 8 10 Time(s) 12 14 16 18 20 Erreur en élevation Gain en azimuth
  9. 9. Modèle simulink de commande du système réel 2 échelons en entrée 8 variables mesurées
  10. 10. La toolbox RTWT       Période d’échantillonage Ts: 0.01>Ts>0.001 RTWT permet le mode «external» (génère code C, compile et démarre l’exécution du système en temps réel sur l’hardware) Avant de démarrer la simulation, compiler le modèle (CTRL+B ou «Build model») Connecter exécutable à l’hardware «Connect to target» ou juste «Run» si mode «normal» Lancer exécution sur «Run» Pour connaître la performance du système, taper la commande rtwho et vérifier le pourcentage «MATLAB performance»
  11. 11. Réponses indicielles du système réel Elevation 0.2 control encoder 0.15 Tps de réponse=3s Elevation angle (MU) 0.1 Dépassement=50% 0.05 0 Effet de couplage -0.05 -0.1 -0.15 -0.2 -0.25 0 10 20 30 40 50 Time(s) Azimuth 60 70 80 90 100 1.5 Tps de réponse=2s control encoder Azimuth angle (MU) 1 Dépassement=0 0.5 0 -0.5 -1 0 10 20 30 40 50 Time(s) 60 70 80 90 100
  12. 12. Commande des moteurs avant et après scaling Moteurs avant Scaling 18 Elevation Motor Azimuth Motor 16 14 PWM Motors 12 10 8 6 4 On remarque que le scaling ajoute un offset et fait une symétrie de la commande d’azimut 2 0 -2 0 10 20 30 40 50 Time(s) 60 70 80 90 100 Moteurs 10 Elevation Motor Azimuth Motor 8 PWM Motors 6 4 2 0 -2 -4 0 10 20 30 40 50 Time(s) 60 70 80 90 100
  13. 13. Réponses du système réel Elevation 0.25 control encoder 0.2 0.15 0.1 Elevation angle (MU) Perte de contrôle aléatoire 0.05 0 -0.05 -0.1 -0.15 -0.2 -0.25 0 20 40 60 80 100 Time(s) 120 140 160 180 200 Azimuth 1.5 control encoder Effet de couplage Azimuth angle (MU) 1 0.5 0 -0.5 -1 0 20 40 60 80 100 Time(s) 120 140 160 180 200
  14. 14. Commande des moteurs avant et après scaling Moteurs avant Scaling 5 Elevation Motor Azimuth Motor 0 -10 -15 -20 -25 -30 0 20 40 60 80 100 Time(s) 120 140 160 180 200 Moteurs 2 Elevation Motor Azimuth Motor 0 -2 -4 PWM Motors Perte de contrôle aléatoire PWM Motors -5 -6 -8 -10 -12 -14 0 20 40 60 80 100 Time(s) 120 140 160 180 200
  15. 15. Implémentation d’autres fonctions sur le modèle de commande Switch « d’ atterrissage » Commande du switch Curseur de position du CdG Switch d’urgence
  16. 16. Implémentation d’une interface hommemachine sur le modèle virtuel  Addition d’un bloc input joystick pour piloter le modèle virtuel (virtual reality) -> possibilité de passage sur le modèle réel (non aboutie) Joystick input Curseur de commande de position
  17. 17. Conclusion: Problèmes rencontrés, apport personnel et axes de développement      Correcteurs du système non optimaux ni robustes -> voie d’amélioration Problème de perte de contrôle aléatoire persiste ->possibilité de passage à un système de commande différent Projet enrichissant qui m’a permis de découvrir le monde de la recherche (contact avec des enseignants-chercheurs, doctorants, labos…) Approfondissement sur la modélisation et la commande de systèmes dynamiques Découverte des systèmes discrets et hardware-in-the-loop
  18. 18. Avez-vous des questions? Selon les théories actuelles, le bourdon ne peut pas voler, heureusement, le bourdon ne les connaît pas et vole quand même. Igor Sikorsky, contructeur d’hélicoptères

×