Commande prédictive hiérarchisée pour le positionnement des axes de machine-outil à architecture ouverte

Hierarchical predictive control structure for open architecture machine tools feed drives

• Auteur / Autrice : Mara Susanu
• Direction : Didier Dumur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Superviseur de trajectoire

Robustification

Commande numérique

Machine-outil virtuelle

Résumé

Cette thèse propose une contribution à l'amélioration des performances des machines-outils à commande numérique en termes de précision, lors des phases de positionnement de l'outil pendant l'usinage de formes complexes. Pour cela, une structure de commande avancée hiérarchisée à trois niveaux est développée, exploitant la connaissance a priori de la trajectoire de l'outil. Un premier niveau, le plus proche de la machine, considère pour la commande d'axe une structure de commande prédictive avec une option de robustification par la paramétrisation de Youla vis-à-vis de bruits de mesure et d'incertitude sur les paramètres. Un deuxième niveau appelé superviseur de référence modifie de façon prédictive également les consignes axiales afin de minimiser l'impact de saturations des signaux de commande. Enfin, le troisième niveau, dit régénérateur de trajectoire, intervient avec un aspect anticipatif lorsque les consignes axiales modifiées s'éloignent trop des références initiales, pour recalculer la trajectoire spatiale. La stratégie mise en œuvre est conçue sous la forme générique à deux degrés de liberté dite RST, permettant à l'utilisateur d'implanter sa propre loi de commande par adjonction d'un module supplémentaire au sein d'un même formalisme. Cette architecture ouverte apporte une réponse innovante au besoin des commandes numériques actuellement limitées par le caractère fermé de la commande d'axe et du générateur de trajectoire. Afin de valider la structure, une machine-outil virtuelle a enfin été développée, permettant des tests comparatifs entre les stratégies de commande classiques et avancées. Le centre d'usinage Mikron UCP 710 sert de support à cette validation.

This PhD thesis proposes improvements of tracking performances of CNC machine tools, especially for tool positioning during complex forms machining. A hierarchical three levels advanced structure is developed based on the a priori knowledge of the toolpath. The first level, close to the machine, considers a predictive control structure for feed drives control. In addition, a robustification option with respect to measurement noises and uncertain parameters using the Youla parameterization is available. A second level called reference supervisor modifies in a predictive way as well the axial setpoints coming from the trajectory generator in order to minimize the impact of the control signals saturation on the tracking accuracy. The third level called trajectory regenerator acts with an anticipative effect when the modified axial setpoints are too distant from the original ones and recomputes the entire toolpath. The developed strategy is designed under the two-degree of freedom RST framework, allowing the user to implement additional control laws modules within the same formalism. This open architecture provides an innovating response to numerical control needs, currently limited by the closed architectures of feed drives control and trajectory generators. In order to validate this structure, a virtual machine-tool was developed, allowing comparative tests between traditional and advanced control strategies. The Mikron UCP 710 machining centre is used as support for the validation.