Exercices sur le dossier travail, Exercices de analyse cicuit éléctronique
Marcel90
Marcel9022 April 2014

Exercices sur le dossier travail, Exercices de analyse cicuit éléctronique

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Exercices de technologies industrielles sur le dossier travail: le chariot de golf electrique. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: l'analyse du systeme, le comportement du systeme, evolution du systeme
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Epreuve orale de contrôle Dossier travail

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CHARIOT DE GOLF ELECTRIQUE

1 ANALYSE DU SYSTEME (20 min, 3 points) Prendre connaissance de la page 1 du dossier technique « chariot de golf ».

1.1 ANALYSE FONCTIONNELLE ET STRUCTURELLE La page 2 du dossier technique présente la structure fonctionnelle globale du système étudié sous forme de schéma bloc. Question 1 : Définir sur le document technique (page2/5) le type des énergies aux points à .

1.2 PROBLEMATIQUE Le relief varié des terrains de golf présente des pentes pouvant facilement atteindre 10 %. Pour éviter la détérioration du matériel lors d’une chute, le chariot, support du sac, doit être stable en toute situation tant à l’arrêt que lors des déplacements. On remarque tout de même que si le chariot est stable à l’arrêt dans différentes pentes, celui-ci peut basculer vers l’arrière lorsque l’on commande sa mise en mouvement, pour des inclinaisons du sol dépassant certaines valeurs. Sur la figure ci-contre, le chariot est à l’arrêt dans différentes pentes, où le poids P représente l’action de la pesanteur. Les points A et B sont les points de contact des roues avec le sol. Les roues arrière ne peuvent ni tourner ni glisser. Pour chaque cas, on précise si le chariot bascule ou non. Question 2 : En observant ces différents schémas, énoncer quelle condition, concernant la direction de la résultante, favorise le basculement du chariot. A la limite du basculement, quel est l’effort de contact en A ? Lors du démarrage, on considère qu’une force d’inertie Fa (due et proportionnelle à l’accélération) s’oppose au déplacement. Cette action vient s’ajouter au poids P. La conjugaison de ces deux actions donne une résultante appelée R. Question 3 : A partir de la condition énoncée précédemment, préciser pour les quatre cas ci-dessus si le chariot bascule ou non ? Avant de proposer une évolution du système pour remédier au problème constaté, il est nécessaire de caractériser le comportement du chariot lors du démarrage pour déterminer la pente maximale actuellement admissible durant cette phase de fonctionnement.

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2 COMPORTEMENT DU SYSTEME (60 min, 11 points) L’objet de cette étude est de déterminer l’accélération actuelle du chariot à partir de mesures électriques afin de l’exploiter dans une simulation qui permettra de définir la pente maximum admissible au démarrage.

2.1 ACCELERATION DU CHARIOT DURANT LE DEMARRAGE On suppose tout d’abord qu’un ordre de grandeur de l’accélération du chariot au démarrage peut-être approché de façon expérimentale. Il suffit pour cela de mesurer, à deux instants différents, la tension moyenne Umoy aux bornes du moteur. Les résultats relevés sont dans le tableau ci-dessus : Remarque : ce tableau pourra être complété pour synthétiser les différents résultats obtenus dans les questions suivantes. La batterie utilisée sur le chariot a une tension nominale de 12V. Question 4 :A partir du principe de la modulation de largeur d’impulsion, page 3 du dossier technique (2.4.1), déterminer les deux valeurs du rapport cyclique α1 et α2 correspondant aux deux valeurs suivantes de la tension moyenne : Umoy1 = 3,6 V et Umoy2 = 10,8 V. Après avoir analysé le schéma de commande du moteur à courant continu, page 4 du dossier technique (2.4.3 et 2.4.4). Question 5 : Compléter le tableau à partir des éléments suivants : - Transistor (passant ou bloqué) ; - UMot (12V ou 0V). Question 6 : Après avoir analysé l’algorigramme du sous programme « rampe » proposé page 5 du dossier technique, préciser la variable qui dans cet algorigramme permet de contrôler le rapport cyclique. Indiquer, pour α1 et α2 déterminés question 4, les valeurs correspondantes à cette variable. Question 7 :Représenter, pour les deux cas précédents, l’allure des chronogrammes de la tension de commande VCOM.. Au point de fonctionnement nous intéressant, on sait que I = 5,6 A, R = 0,22 Ω, et k = 0,027 V.rad-1.s.Question 8 :A l’aide des formules fournies dans le dossier technique, page 3, pour le moteur à courant continu (2.4.2), déterminer pour les deux valeurs α1 et α2 calculées précédemment, les fréquences de rotation de l’arbre moteur (on les notera m1 et m2). Le schéma page 2 du dossier technique présente les caractéristiques des composants de la transmission du chariot. On considère, lors du démarrage, que le chariot à une trajectoire rectiligne ; les roues motrices tournent donc à la même fréquence de rotation. De plus quelques soient les résultats trouvées à la question précédente, nous prendrons m1 = 88rad/s et m2 = 355rad/s Question 9 :Afin d’évaluer l’accélération du chariot dans la phase de démarrage :

- Calculer la fréquence de rotation des roues arrières motrices lors de chacune des mesures (on les notera roue1 et roue2) ;

- Déterminer la vitesse du chariot par rapport au sol Vc1 au moment de la première mesure puis Vc2 au moment de la seconde ;

- En déduire l’accélération du chariot par rapport au sol.

Mesure M1 Mesure M2 A l’instant t1= 0,3s t2= 0,9s Tension moyenne moteur Umoy1= 3,6 V Umoy2= 10,8 V … … …

Vcom Etat du transistor UMot 0V 5V

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2.2 PENTE MAXIMALE ADMISSIBLE LORS DU DEMARRAGE Grâce à une simulation numérique, il est possible d’observer l’évolution des efforts de contact roue-sol. Les résultats suivants montrent plus particulièrement l’évolution de l’effort de contact de la roue avant (au point A) du chariot (en N) lorsque l’on applique l’accélération déterminée au préalable. Dans ces simulations, le démarrage commence à l’instant t = 0,5 s et sa durée d’accélération est de 1 s. Chaque courbe est calculée pour une pente différente.

Question 10 : Au regard de ces courbes, donner la valeur maximale de la pente admissible pour laquelle le chariot ne basculera pas lors du démarrage. 3 EVOLUTION DU SYSTEME (40 min, 6 points) L’étude du comportement du chariot permet de considérer qu’au delà d’une pente correspondant à une inclinaison du sol e1=2,5°, le chariot bascule lors du démarrage si on lui impose l’accélération préalablement déterminée. Pour éviter ce basculement, il est envisagé d’adapter l’accélération en fonction de la pente. Pour ce faire, il faut disposer de l’inclinaison du chariot. Cette information sera fournie à l’unité de traitement par un inclinomètre monté sur le châssis du chariot.

L’inclinomètre est un capteur qui délivre une tension continue fonction de son inclinaison par rapport à la verticale. Ces caractéristiques sont présentées ci-dessous :

pente 0%

0

20

40

60

80

100

120

140

0 1 2

pente 3%

0

20

40

60

80

100

120

140

0 1 2

pente 4%

0

20

40

60

80

100

120

140

0 1 2

pente 5%

0

20

40

60

80

100

120

140

0 1 2 temps (s)

effort de contact A (N)

temps (s)

effort de contact A (N)

temps (s)

effort de contact A (N)

temps (s)

effort de contact A (N)

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3.1 MISE EN PLACE DE L’INCLINOMETRE On souhaite positionner ce capteur sur le montant vertical du châssis. La figure ci-contre montre la zone de positionnement. Question 11 :En se référant aux caractéristiques dimensionnelles du capteur et au dessin partiel du montant (DR1), proposer un montage du capteur sur le montant du chariot en élaborant un dessin à main levée de la solution. Veiller à bien respecter l’orientation du capteur pour détecter l’inclinaison du chariot.

3.2 ADAPTATION DE L’UNITE DE CONTROLE Afin d’adapter la partie commande à l’ajout de ce capteur, on propose l’organisation fonctionnelle suivante :

On souhaite modifier l’algorigramme du sous programme « rampe », page 5 du dossier technique, pour tenir compte des changements structurels apportés. On se propose donc de diminuer de moitié l’accélération du chariot au démarrage, afin d’éviter un basculement du chariot lorsque la pente du terrain dépasse la valeur limite.

Question 12 :Pour répondre à cette contrainte, indiquer quel est le paramètre à modifier dans cet algorigramme. Déterminer une nouvelle valeur de ce paramètre sachant que l’accélération doit être diminuée de moitié. Note : la sortie de la fonction « détecter un seuil » représentée par la tension Vs est reliée au bit A1 du microcontrôleur. Si Vs = 12 V alors A1 = 1, si Vs = 0 V alors A1 = 0 .

Détecter un

seuil

Circuit de mise en forme

Convertir un angle en

tension

Inclinomètre

Gérer la commande du moteur

Microcontrôleur

θe Ve Vs VCOM

Zone de positionnement

du capteur

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