Modélisation hybride pour la supervision de systèmes mécatroniques : application à la stabilité en pente de machines mobiles

Hybrid modeling for supervision of mechatronic systems : application to stability of mobile machinery on slopes

• Auteur / Autrice : Olivier Naud
• Direction : Joseph Aguilar-Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes automatiques
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par calculateur hybride

Stabilité

Machines forestières

Mécatronique

Résumé

Nous proposons une démarche d'élaboration de modèles hybrides pour la supervision d'équipements mécatroniques. Nous représentons les états qualitatifs pris par ces systèmes sous la forme d'un modèle discret de type automate fini. Nous avons élaboré une méthode de calcul de cet automate à partir d'un modèle essentiellement continu. Cette méthode s'appuie sur notre schéma dit semi-causal, qui représente la structure algébro-différentielle du modèle continu. Ce schéma utilise la sémantique causale du bond-graph qui est basée sur la dualité effort-flux. Il est annoté par des intervalles sur les variables, intervalles auxquels sont attachées des valeurs sémantiques et que nous appelons modalités. On distingue notamment les modalités structurelles, qui correspondent à des conditions limites ou des changements du modèle continu, et les modalités fonctionnelles, qui expriment les connaissances qualitatives d'usage et de surveillance. Pour valider cette approche, nous l'avons appliquée à la modélisation des bogies d'un engin forestier. Le but était de prévenir le retournement de l'engin dans les pentes. Les simulations dynamiques de l'engin forestier complet montrent que le modèle discret obtenu est représentatif de l'évolution du risque d'instabilité

We present a design approach for supervision-oriented hybrid models of mechatronic devices. We chose to express the qualitative states taken by such systems in the guise of a finite automaton. We proposed a method to build the automaton from an essentially continuous model. This method relies on our so-called half-causal graph which represents the algebraic and differential complexity of the continuous model. This diagram uses the causal semantics of the bond-graph, which is based on the effort-flow duality. It is annotated with intervals on the variables. Semantic values are attached to these intervals, which we call modalities. We distinguish, in particular, structural modalities, which correspond to limit conditions or changes in the continuous model, and functionnal modalities, which provide the qualitative information on the usage and monitoring. So as to validate this approach, we applied it to the modeling of the bogies of a forest machine. The goal was to prevent the machine from overturning on slopes. Simulations of the whole machine dynamics proved that the discrete model we obtained was very representative of the changes of the instability risk.