Démonstrateur "hélicoptère"

Description de la mécanique


Le dit "hélicoptère", dont le comportement est plutôt assimilable à l'orientation angulaire d'un avion, est un dispositif mécanique à trois degrés de liberté. Il est constitué de deux pièces mécaniques mobiles. Une première barre métallique, horizontale à l'équilibre, peut s'incliner vers le haut et le bas autour d'un axe horizontal lui même libre en rotation autour d'un axe vertical fixé au sol. Le premier mouvement est appelé "élévation", le second est appelé "voyage". A l'un des bouts de la barre métallique se trouve un contre poids et à l'opposé est montée une seconde barre perpendiculaire à la première et libre en rotation par rapport à un axe dont la direction est celle de la première barre. Ce troisième mouvement de rotation est appelé "tangage". La seconde barre constitue le corps de ce qui peut être appelé "l'hélicoptère". Elle est équipée de deux hélices situées à égales distance de l'axe de rotation capables chacune de développer une force perpendiculaire au corps de "l'hélicoptère". Finalement, une masse montée sur une glissière hélicoïdale est mobile le long de la barre métallique principale. Ce mouvement n'est pas libre mais la position de la masse modifie les caractéristiques d'équilibre et les dynamiques de l'ensemble.

"l'hélicoptère"

 


Equipement électrique et logiciel


Le système mécanique est relié à un ordinateur par un montage électrique de puissance et de conversion analogique/digitale permettant en temps réel de
- choisir une vitesse de rotation des deux hélices indépendamment,
- mesurer les trois angles de rotation
- et déplacer la masse mobile.
L'environnement logiciel permettant ces mesures et actions en temps réel fonctionne dans le cadre de Matlab/Simulink permettant ainsi aisément de réaliser des commandes en boucle fermée.

Objectifs de l'équipement
Ce démonstrateur "hélicoptère" a pour vocation d'une part d'illustrer de façon pédagogique la problématique de la commande, d'autre part à illustrer des résultats de recherche.
Il est ainsi utilisé pour des manifestations telles de "sciences en fête" ou lors de visites de lycéens et d'étudiants. Dans ce cadre, le démonstrateur permet de montrer la différence entre boucle ouvert et boucle fermée ; de sensibiliser au fait que certains systèmes ne pourraient être manipulés sans contrôle automatique ; et surtout d'illustrer une démarche scientifique au croisement des préoccupations des ingénieurs et de travaux de recherche purement théoriques à fort ancrage mathématique.
En termes d'outil de recherche, le système "hélicoptère" rend possible d'illustrer un grand nombre de phénomènes (incertitudes, saturations, retards, perte de commandabilité...) qui sont au coeur des travaux de recherche du groupe MAC. En appliquant les résultats de ces travaux au démonstrateur, il est possible de mettre en valeur leurs caractéristiques méthodologiques et les améliorations qu'ils peuvent apporter.   
    

Quelques documents


- Rapport technique (.pdf) portant sur la modélisation mathématique du système.
- Film (.mov) dans lequel seul l'axe de tangage est contrôlé (commande adaptative basée sur la notion de passivité). Le film montre comment le tangage suit une séquence pré-définie et ce malgré les perturbations provoquées par les mouvement d'élévation et de voyage.


Le démonstrateur a été réalisé par l'entreprise Quanser