Conception d'un dispositif de positionnement utilisant un moteur a ultrasons

Design of a positioning control of an ultrasonic motor

• Auteur / Autrice : FATHI TRIGUI
• Direction : YVES TANGUY
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

Dans les moteurs piezoelectriques, la rotation est provoquee par des vibrations ultrasonores generees par des elements piezoelectriques a la surface du stator : le rotor est entraine par des forces de frottement. Ce principe de fonctionnement donne a ces moteurs des proprietes tres interessantes, notamment un couple de maintien eleve, un temps de reponse tres faible (de l'ordre de la milliseconde), un couple eleve a faible vitesse, etc. Ces proprietes permettent un entrainement direct sans passer par des reducteurs, source de bruit et d'imprecisions. Les premieres etudes faites sur les moteurs piezoelectriques, dits egalement moteurs a ultrasons, ont montre qu'ils peuvent remplacer avantageusement les moteurs magnetiques dans certains dispositifs de positionnement. L'etude presentee dans ce rapport porte sur la conception d'un dispositif de positionnement mettant en uvre un moteur a ultrasons. L'application visee est l'entrainement des aiguilles indicatrices des tableaux de bord, mais cette application n'est pas restrictive. Le type de moteur retenu est a onde progressive. Pour realiser un asservissement en boucle fermee, un capteur original de position et un dispositif de controle de la frequence d'excitation du moteur ont ete developpes. Les signaux de vibration du moteur a onde progressive permettent la mesure indirecte de la position. Ces vibrations sont mesurees a l'aide d'une pastille piezoelectrique fixee sur le rotor. La phase de la composante fondamentale du signal issu de ce capteur, calculee par rapport a un signal de reference, permet d'estimer la position. La precision obtenue varie, suivant les moteurs testes, entre 2,6 et 5. On a montre que les erreurs de mesure de position sont essentiellement dues aux pertes viscoelastiques au sein du stator. Une excitation a dephasage alterne du moteur permettrait de reduire d'un facteur 5 l'amplitude de ces erreurs. La frequence d'excitation du moteur est asservie a la frequence de resonance mecanique du moteur (en utilisant les proprietes des signaux de vibration du stator a la resonance). L'asservissement de position est realise en utilisant une loi de commande en plus ou moins avec seuil.