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Partie Automatique

Pilotage du cerf-volant

Un servo-moteur est utilisé pour le pilotage en rotation du cadre intérieur afin d’effectuer les huit lors de la phase de débobinage. Ce servo-moteur est commandé par ordinateur, mais le pilotage n’est toujours pas automatique. Une personne doit donc piloter à vue le cerf volant à l’aide de deux touches sur un clavier d’ordinateur. L’idée était ici de valider la partie mécanique servant au pilotage en vue d’une automatisation future. Les tests furent assez concluants étant donné que nous avons pu faire décrire quelques huit au cerf volant.

 

Le servo-moteur utilisé ici est commandé en vitesse. On utilise deux programmes pour le commander. Un programme Arduino faisant le lien entre le logiciel Arduino et le moteur par une carte Arduino et un programme Processing faisant le lien entre les touches du clavier et le logiciel Arduino.

2) Asservissement des phases de fonctionnement

Les deux programmes nécessaires sont joints. Ils nécessitent d’installer les logiciels Arduino et Processing, tous deux sont disponibles en version libre sur internet. Une fois exécutés, une jauge rouge apparaît à l’écran. Quand la jauge est au milieu, le servo-moteur est immobile, en haut, il tourne de droite à gauche et en bas de droite à gauche.

En vol, le cerf-volant décrit deux phases, une phase de débobinage (1) où de l’énergie est stockée dans la batterie et une phase de rembobinage où le cerf-volant revient dans sa position initiale. Entre les deux, un temps tampon est utilisé pour remettre le cerf-volant au zénith.

 

Lors de ces phasez, une conversion de puissance est nécessaire entre la batterie et le moteur à courant continu comme le détaille la partie électronique. Cette conversion se fait par un pont en H associé à un shield (Modèle DC-MOTORCONTR_BTN8982) qui est compatible avec les cartes Arduino en se fixant dessus. Lors de la phase de rembobinage, la carte Arduino fixe le rapport cyclique du pont en H. Alors que lors de la phase de débobinage, c’est le courant du circuit qui est maintenu constant.

La durée des phases du cycle étant limitée par la longueur des lignes, un capteur de position est nécessaire au changement. Nous utilisons donc une fourche optique et une roue crénelée fixée à une des bobines. Le schéma de branchement des ces élément est le suivant, il minimise les éléments nécessaires dans un soucis de reproductibilité :

 

Une fonction position() est appelé tout au long du programme et la variable Pos compte le nombre de créneaux passés devant le photorécepteur. On donne un nombre maximum pour Pos (C dans le programme) avant le changement de phase. Seulement, la fonction position() n’étant pas toujours appelée de la même manière lors du rembobinage et du débobinage, il arrive que Pos ne soit pas incrémentée. Ainsi, une correction est appliquée en fixant une valeur max de Pos X fois plus grande lors de la phase de rembobinage que lors de la phase de débobinage.  Cela permet d’avoir des longueur enroulée et déroulée assez similaire.

 

Cependant, un décalage subsiste et au bout d’un nombre de cycle assez grand il pourrait s’amplifier jusqu’à rendre inutilisable le système. La solution, cette provisoire, à ce problème est déjà de régler au mieux ce facteur X et d’ensuite laisser un temps de relaxation au système en fin de débobinage (temps pour monter le cerf volant au Zenith) pour que le cerf-volant, emporté par le vent, aille jusqu’à dérouler entièrement les ligne pour que l’erreur ne s’amplifie pas au fil des cycles (le cycle 2 recommence au même point que le cycle 1).

Changement de phase
Fonctionnement du pont en H
Phase de débobinage
Phase de rembobinage
Bouton poussoir

Le branchement est simple, il suffit de la poser sur l’Arduino. C’est en fait 6 ports qui sont connectés :

• IN_1  connecté sur le port 3

• IN_2  connecté sur le port 11

• INH_1 connecté sur le port 12

• INH_2 connecté sur le port 13

• I_1 connecté sur le port A0

  • I_2 connecté sur le port A1

 

Le 1 ou le 2 signifie par quel pont (composant BTN8982) est concerné :

 

 

• Les INH (sortie binaire) allument ou éteignent le port concerné. C’est à dire qu’il ouvre les deux transistors si le port de l’Arduino est LOW.

 

• Les IN (sortie sur un octet) donnent le rapport cyclique entre les deux transistors du pont (en opposition).

 

• Les I (entrée analogique) donnent l’image du courant passant par le pont.

La phase de rembobinage est assez simple, il suffit de fixer le rapport cyclique (IN_2) du pont en H pour fixer la vitesse de rembobinage. (INH_1&2 à HIGH et IN_1 à 0)

La phase de débobinage comporte deux stades. Un premier pour mesurer une image du courant présent dans le circuit lorsque le moteur est en court circuit, le second pour fixer le courant lors du débobinage à une fraction de ce courant de référence.

 

Stade 1 :

On fixe INH_1&2 à HIGH et IN_1&2 à 0 avant de mesurer cette image du courant (I0) avec I_2. Attention, cette mesure du courant en CC n’est pas très fiable pour la suite.

 

Stade 2 :

On fixe INH_1 à LOW, INH_2 à HIGH, IN_1 à 0 et on fait varier le rapport cyclique avec IN_2 de manière à avoir la mesure de I_2 proche de X (I0). La détermination du X dépendra des rendements en puissance.

 

L’idée se cachant derrière ce fonctionnement par stades est que est que les conditions de vents ne varient pas trop pendant un cycle. Ainsi, la mesure du courant lorsque la vitesse de débobinage est la plus faible (I0) est bien représentative des conditions de vents du cycle et ainsi l’asservissement fixant le courant dans le circuit, donc la tension (force) dans les lignes, est cohérente.

Un bouton poussoir est intégré au circuit. Il permet de changer de phase lors d’un cycle et aussi de  mettre le système en stand-by s’il y a un problème. Ce bouton est util lors des essais où il est intéressant de changer de phase et aussi fait office de sécurité.

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