Academic literature on the topic 'Actionneur piezo'

"Afin d'augmenter le spectre d'absorption des matériaux acoustiques usuels, le Centre Acoustique du LMFA développe le concept de matériau hybride combinant absorption passive et active. On montre qu'il est possible d'obtenir une absorption maximale si on applique, par contrôle actif, une simple réduction de la pression acoustique en face arrière d'un matériau aux propriétés "bien choisies". Il est question dans cette thèse de l'optimisation de la partie active de la cellule avec la conception de la source de contre-bruit adaptée, incluant les couplages vibroacoustiques induits par les cavités et l'effet du tissu résistif, menée en parallèle avec le développement d'un algorithme feedback numérique multi-voies diagonalisé à structure IMC. Quatre cellules actives indépendantes en parallèle ont fonctionné avec succès dans un conduit avec écoulement et des réductions très importantes ont été obtenues avec un comportement tout à fait satisfaisant de la partie active des absorbants. "
In order to increase the frequency band of absorption of usual porous materials, the "Centre Acoustique du LMFA" works on the design of hybrid materials using passive and active absorption. The basic principle consists in vanishing by active control the pressure at the rear face of the material, with well-suited characteristics, to achieve a maximum absorption. This thesis deals with the optimisation of the active part, which means a design of a powerful secondary source, including vibroacoustic coupling from the cavities and the effect of wiremesh and the implementation of a digital feedback diagonalised IMC control algorithm. An experiment using four independent cells proves the good functioning of the controller in a duct with flow : very important noise reductions were achieved in the low frequency band

Les moteurs piézo-électriques à onde progressive, grâce à leur caractéristique fort couple - basse vitesse et leur faible encombrement, proposent une alternative intéressante aux machines électromagnétiques dans les systèmes automatisés. Cependant, leur structure vibrante et les caractéristiques tribologiques complexes à l'interface stator-rotor les rendent difficiles à commander. C'est afin de déterminer les lois de commande adaptées que nous avons d'abord modélisé de manière causale le moteur. Nous avons discuté de la pertinence de ce modèle, soit par comparaison avec un modèle plus complexe et plus précis, soit expérimentalement par des relevés sur un moteur commercialisé. Cette modélisation a conduit d'une part à l'élaboration d'un protocole d'identification des paramètres du moteur insensible aux non linéarités inhérentes aux matériaux piézo-électriques. D'autre part, le Graphe Informationnel Causal, utilisé pour la représentation du modèle, a permis, par son inversion, l'établissement des lois de commande. Nous avons alors été capables d'établir plusieurs stratégies d'autopilotage originales; nous n'en avons retenu qu'une, qui a été mise en œuvre sur un banc expérimental. Cette commande a été testée sur un dispositif à retour d'effort, car cette application à basse vitesse fait partie du domaine privilégié de l'utilisation des moteurs piézo-électriques.

Ce travail de recherche s'intéresse à l'utilisation d'actionneur piézoélectrique à onde progressive dans le cadre d'un contexte de retour d'effort comme un choix alternatif par rapport à l'actionneur électromagnétique utilisé très souvent dans le domaine haptique. Ainsi, à partir d'une étude sur les caractéristiques dynamiques et mécaniques du moteur USR30, on a proposé un modèle global en GIC qui prend en compte les phénomènes non linéaires intrinsèques dans le moteur. En inversant ce modèle de GIC, on arrive à valider deux types de commande à retour d'effort, enfin, en présentant les résultats expérimentaux à base de la plateforme de 1ddl de digitracker, la réalisation d'un environnement virtuel qui comprend un ressort et un mur virtuels devient possible
This research work is interested in the use of travelling wave ultrasonic motor within the framework of a context of force feedback as an alternative choice with regard to the electromagnetic motor which is often used in the haptic domain. So, from a study on the dynamic and mechanical characteristics of the motor USR30, we proposed a global model in GIC who takes into account the intrinsic not linear phenomena in the motor. By inverting this model of GIC, we manage to validate two types of control in force feedback; finally, by presenting the experimental results based of the platform of 1ddl of digitracker, the realization of a virtual environment which includes a virtual spring and a virtual wall becomes possible

Ce travail est consacre a la definition et a la conception d'electroniques d'alimentation et de commande adaptees aux moteurs piezo-electriques, a partir d'une analyse et d'une caracterisation globale de la conversion electromecanique de l'energie realisee dans ces nouveaux actionneurs. Apres quelques brefs rappels sur l'effet piezo-electrique, les mecanismes de la conversion electromecanique de l'energie exploitee dans les principales structures de moteurs piezo-electriques sont precises et caracterises experimentalement. La synthese de modeles electriques equivalents a ces moteurs, et plus particulierement au moteur a onde progressive, est alors proposee afin de representer globalement le comportement electrique vu des bornes de l'actionneur. En partant du schema equivalent au moteur a onde progressive, une methodologie generique et rationnelle est ensuite elaboree en vue de definir des architectures de convertisseurs d'alimentation et des strategies de commande appropriees. La synthese des connaissances relatives au comportement electromecanique du moteur et des principes generaux d'alimentation et de commande, permet finalement de concevoir, de realiser et d'experimenter une structure d'alimentation particulierement simple et originale

Un système mécanique donné est dépendant de son environnement au moment de son fonctionnement. Cet environnement est caractérisé par l'ensemble des sources d'excitations, les liaisons et les effets indésirables tels que les bruits et les vibrations que produit la structure. Un tel système évolue selon des lois naturelles positives et globales. Le contrôle actif a pour objectif d'agir sur ces lois et permet de conférer au système un comportement avec de meilleures performances dynamiques. Pour ce faire on intègre à la structure de base un jeu de capteurs pour mesurer son état vibratoire et un jeu d'actionneurs pour appliquer une commande générée par un contrôleur afin d'amener la structure à un état fixé auparavant. Dans ce travail, il s'agit d'étudier le contrôle actif de structures légères et flexibles à l'aide de matériaux piezoélectriques. En effet, ces structures sont abondamments utilisées en construction aéronautique. Un problème fondamental se pose lors du contrôle de telles structures : c'est le phénomène de la contamination modale (effet de Spillover) qui se manifeste sous forme d'instabilités
A given mechanical system is dependant on its environment at the time of its operation. The excitation sources and the connections with its environment makes the system produces adverse effects such as the noises and the vibrations. Such a system behaves according to positive and total natural laws'. Active control aims to act on these laws and makes it possible to confer on the system a behavior with better dynamic performances. With this intention one integrates into the basic structure a set of sensors to measure its vibratory state and a set of actuators to apply a command generated by a controller in order to bring the structure in a state fixed before. In this work, it is a question of studying the active control of light and flexible structures using peizoelectric materials. These structures are abundantly used in aeronautical construction. A fundamental problem arises during the control of such structures : it is the phenomenon of the modal contamination (effet Spillower) which occurs as instabilities

Il a été montré dans différentes études que l'application de vibrations ultrasonores durant le forgeage permettaient entre autre de réduire les efforts et d'améliorer la qualité du produit. Plus récemment, des effets similaires ont été obtenu à basse fréquence, pour des formes d'ondes plus complexes, mais nécessitant moins de puissance. En raison de leur rigidité, et compte tenu des amplitudes et des fréquences mises en jeu, les actionneurs piézoélectriques sont bien adaptés à la génération des vibrations nécessaires mais leurs efforts restent limités et l'effet de vibrations est bénéficié selon une seule direction verticale. L'objectif de cette étude est de proposer un système multi-actionneurs piézoélectriques afin d'obtenir une plus grande force totale et des vibrations complexes combinant des rotations autour des axes du plan de la matrice et des translation selon son axe vertical. Un système mécanique à trois degrés de liberté est conçu à cet effet en utilisant des guidages élastiques en raison des faibles déplacements des actionneurs qui excluent la présence de jeux. Pour uniformiser les étapes de conception, modélisation et commande du système, une approche systémique énergétique est abordée en utilisant l'outil de Représentation Énergétique Macroscopique (REM). A l'aide de règles d'inversion de la REM, une structure de commande et une stratégie de gestion d'énergie dans le système sont développées et validées expérimentalement.

Il a été montré dans différentes études que l'application de vibrations ultrasonores durant le forgeage permettaient entre autre de réduire les efforts et d'améliorer la qualité du produit. Plus récemment, des effets similaires ont été obtenu à basse fréquence, pour des formes d'ondes plus complexes, mais nécessitant moins de puissance. En raison de leur rigidité, et compte tenu des amplitudes et des fréquences mises en jeu, les actionneurs piézoélectriques sont bien adaptés à la génération des vibrations nécessaires mais leurs efforts restent limités et l'effet de vibrations est bénéficié selon une seule direction verticale. L'objectif de cette étude est de proposer un système multi-actionneurs piézoélectriques afin d'obtenir une plus grande force totale et des vibrations complexes combinant des rotations autour des axes du plan de la matrice et des translation selon son axe vertical. Un système mécanique à trois degrés de liberté est conçu à cet effet en utilisant des guidages élastiques en raison des faibles déplacements des actionneurs qui excluent la présence de jeux. Pour uniformiser les étapes de conception, modélisation et commande du système, une approche systémique énergétique est abordée en utilisant l'outil de Représentation Énergétique Macroscopique (REM). A l'aide de règles d'inversion de la REM, une structure de commande et une stratégie de gestion d'énergie dans le système sont développées et validées expérimentalement
The superimposition of vibration during forging is known to reduce force and improve the mechanical properties of the workpiece. Until now, ultrasonic frequencies were used, but more recent results have shown that more complex vibrations at low frequencies had similar effects, with less power. Although piezoelectric actuator can generate high forces and have large rigidity, they are still limited with regards to the necessary forces during forging.Therefore, this work addresses the design of a worktool combining several actuators to generate complex vibration waveforms consisting in rotations in the plane of the die and displacement along the vertical direction. It relies on the use of flexible hinges due to the small displacement generated by the actuators. The design and control of the system is realized using a systemic approach based on the Energetic Macroscopic Representation. Thank to this tool, the control is systematically deduced by inversion. The design and its control strategy is validated experimentally on a mock-up specially realized during this work

La capacité à contrôler la turbulence de paroi peut engendrer des gains importants en matière de réduction de la traînée de frottement, de retardement de la transition ou des points de décollement, pouvant s'adjoindre dans de multiples applications industrielles. Ce travail contribue à promouvoir de nouveaux moyens efficaces destinés à réduire le frottement. La dynamique des structures cohérentes de proche paroi s'opère sous la forme d'un cycle auto-entretenu, qui gouverne la production de la turbulence. Les stries de hautes et basses vitesses sont propices à la manifestation d'instabilités secondaires. Plusieurs travaux récents dont les simulations numériques de Du, Symeonidis & Karniadakis (JFM 2002) ont montré que l'application d'un forçage transversal affectant directement le cycle de paroi par une force volumique pouvait produire des gains significatifs, conjointement avec une diminution de l'intensité des stries. L'étude actuelle se destine à reproduire ces effets expérimentalement, en substituant la force de volume par une paroi mouvante " intelligente " générant une onde transversale. L'ondulation est produite par des actionneurs piézo-électriques arasant à la paroi disposés en rangée, dont la déflexion, procure la déformation souhaitée. Le module de contrôle a été réalisé et testé au LEEI (ENSEEIHT, INPT). Les structures clés de la turbulence pariétale ont été reproduites artificiellement en générant à grande échelle des stries sur une couche limite laminaire. Le premier intérêt a été de quantifier l'effet produit par l'ondulation de la paroi. La réceptivité de l'écoulement strié a révélé la sensibilité majeure aux instabilités secondaires. Certains effets observés corroborent les tendances souhaitées: l'onde progressive modifie l'écoulement de base. En conditions turbulentes les effets engendrés sont moins évidents. Des voies de développement futur sont indiquées
The ability to control wall turbulence could be important for reducing skin friction, delaying transition and separation points. The use of new techniques could be potentially beneficial in many applications. This work aims at finding efficient means to reduce skin friction drag in a turbulent boundary layer. The central elements of the self-sustaining cycle which exists in turbulent boundary layers are the near-wall coherent structures whose dynamics control the turbulence production. Quasi-streamwise vortices and streaks of low and high-speed evolve through a secondary instability mechanism. Time and length scales of these structures have been known for quite some time. Recent results have shown that a spanwise forcing could lead to a conclusive control effect [Du, Symeonidis & Karniadakis, JFM 2002], results obtained by direct numerical simulations of a turbulent channel flow, with a body force (the control) which weakens the streaks and reduces the frequency of ejections. The present study aims at reproducing these effects experimentally, by replacing the body force with a "smart" moving wall generating the spanwise wave. The wall movement is achieved through piezo-electric actuators placed underneath the wall, producing a sizable deflection via an array of cantilever beams, yielding the desired wall movement. The control module has been built and tested at the LEEI (ENSEEIHT, INPT). Key elements of wall turbulence are first reproduced by embedding large scale streaks within a laminar boundary layer. Measurements have first been focused on quantifying the effect of the actuators. In the presence of organized streaks the results have shown that the control module generally excites the instability of the streaks; some of these effects corroborate the numerical findings: the travelling wave affects the mean flow. In the turbulent case the effect produced is less remarkable. Further developments for an amelioration of the technique are discussed

Le present ouvrage est consacre a l'etude et a la mise en oeuvre de nouvelles structures de moteurs piezo-electriques assurant un controle intrinseque de position ou de vitesse, sans capteur externe. Apres avoir brievement effectue quelques rappels sur la conversion electromecanique de l'energie par effet piezo-electrique, un etat de l'art du controle en position ou en vitesse des actionneurs piezo-electriques est tout d'abord dresse au cours du chapitre premier. Afin de repondre a un cahier des charges emanent du domaine des motorisations centimetriques a vitesse synchronisee par horloge externe, deux architectures piezomecaniques innovantes sont proposees et etudiees d'un point de vue fonctionnel au chapitre deux. Ces solutions sont toutes deux fondees sur l'exploitation d'un principe d'entrainement par onde progressive. La solution la plus satisfaisante eu egard au caractere faible cout de l'application visee ayant ete selectionnee, le chapitre trois precise les elements necessaires a la conception et au dimensionnement des sous-ensembles mecaniques, magnetiques et electroniques de la maquette realisee. Le dernier chapitre est enfin consacre a l'experimentation et a la caracterisation de la motorisation developpee. La confrontation des resultats experimentaux avec les simulations effectuees a l'echelle du systeme que constitue l'actionneur associe a son electronique valide pleinement les differents types de modeles utilises. Les performances obtenues, tant sur le plan des caracteristiques couple-vitesse que vis a vis des aspects dynamiques, permettent finalement de demontrer l'interet de la solution preconisee