Système de stabilisation PID

 

Physique | Technique

 

Johan Link, 2001 | La Tour-de-Peilz, VD

 

Ce travail consiste en la réalisation d’un système électromécanique permettant de faire tenir une balle en équilibre sur un plateau qui a la possibilité de s’incliner sur deux axes pour annuler ou contrôler les déplacements de la balle. En d’autres termes, si on lance une balle sur ce plateau, ce dernier s’orientera de manière à l’empêcher de tomber et la positionnera en son centre.

Problématique

L’étude théorique des systèmes de régulation PID (proportionnelle, intégrale, dérivée) peut parfois paraître relativement abstraite. Ce système permet de mettre en lumière leur fonctionnement et leur efficacité de manière très concrète.

Méthodologie

La conception et la fabrication du dispositif se sont déroulées en plusieurs étapes. Tout d’abord, un état de l’art sur la robotique parallèle a permis de définir l’assemblage mécanique le plus adapté aux besoins de ce travail. En parallèle il a fallu penser à la motorisation du système mais également à sa fabrication, c’est-à-dire aux techniques et aux matériaux nécessaires à la concrétisation du projet. Ensuite, l’électronique du système a été mise au point dans le but d’avoir un moyen de contrôler les moteurs qui permettent de mouvoir le plateau du système par l’intermédiaire de bras articulés. Le dernier élément à penser et à construire était un dispositif permettant de mesurer la position de la balle sur le plateau. Un programme Python s’exécutant sur un ordinateur a été écrit pour implémenter un régulateur PID et faire fonctionner l’ensemble du système correctement en reliant les différents organes du système tel que la caméra et les moteurs par l’intermédiaire du circuit imprimé, et un ordinateur. Dans un second temps, des tests ont été menés pour analyser les performances de la régulation PID sur ce système. Différentes expériences on permis de tester l’influence de la masse de la balle utilisée selon le paramétrage du régulateur PID. La vitesse initiale de la balle a également été un élément étudié lors de ces expériences.

Résultats

Les observations tirées de ces expériences ont permis de révéler les combinaisons de coefficients qui sont les plus aptes à faire fonctionner le régulateur de manière rapide et précise. Des différences de comportements du système ont également été observées lorsque des balles de masses différentes sont utilisées.

Discussion

Bien que le système a permis d’obtenir des résultats concluants, il comporte un certain nombre de limitations qui restreignent ses performances. Le régulateur PID reçoit notamment les informations dont il a besoin en retard en raison de l’utilisation d’une caméra comme capteur de position de la balle. Cette méthode de détection est également très dépendante des conditions de luminosité environnantes ce qui peut diminuer la précision des mesures effectuées. Finalement la mécanique du système n’est pas toujours assez rapide pour suivre les instructions du régulateur PID, ce qui réduit la réactivité du système.

Conclusions

Pour conclure, ce travail est un succès puisque les objectifs de départ ont été atteints. De la conception mécanique jusqu’à la programmation en Python du système, chaque problème rencontré a été résolu pour finalement arriver à un système qui répond aux besoins initiaux. Les expériences menées dans un second temps ont permis de peaufiner les réglages du régulateur PID et de mieux comprendre les paramètres qui influencent l’efficacité de ce dernier.

 

 

Appréciation de l’expert

Frank Bonnet

Le travail de Johan Link a porté sur le développement complet d’une plateforme robotisée afin de contrôler le mouvement d’une balle. Ce travail comprenait beaucoup de compétences diverses que Johan Link a parfaitement maîtrisées, à savoir le développement mécanique, électronique et logiciel, avec un accent tout particulier sur certaines théories de contrôle. Enfin, l’étude poussée des résultats afin d’obtenir une caractéristique complète de son système et le rendu final de la plateforme en font un travail de très grande qualité.

Mention:

excellent

Prix spécial Société Suisse de Physique – Prix des Jeunes de la SSP

 

 

 

Gymnase de Burier , La Tour-de-Peilz
Enseignant: Alain Salanon