FR3090913A1

FR3090913A1 - Methode de caracterisation d’un simulateur de mouvements, procede de surveillance et dispositif correspondant

Info

Publication number: FR3090913A1
Application number: FR1874139A
Authority: FR
Inventors: Bernard Vau; Damien PONCEAU
Original assignee: iXBlue SAS
Current assignee: Exail SAS
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2020-06-26
Anticipated expiration: 2038-12-24
Also published as: FR3090913B1

Abstract

« METHODE DE CARACTERISATION D’UN SIMULATEUR DE MOUVEMENTS, PROCEDE DE SURVEILLANCE ET DISPOSITIF CORRESPONDANT » L’invention concerne une méthode de caractérisation d’un simulateur de mouvements dans laquelle on estime des paramètres liés au fonctionnement dudit simulateur de mouvements. Dans cette méthode, on effectue une identification dynamique de modèle inverse (IDIM) par la méthode de la variable instrumentale dans laquelle on détermine une matrice instrumentale Z, et on simplifie le calcul de la matrice Z en utilisant une des consignes de vitesse et d’accélération acquises filtrées plutôt que des mesures acquises filtrées. La méthode permet la mise en œuvre d’un procédé de surveillance du fonctionnement du simulateur de mouvements. FIGURE 1

Description

Titre de l’invention : METHODE DE CARACTERISATION D’UN SIMULATEUR DE MOUVEMENTS, PROCEDE DE SURVEILLANCE ET DISPOSITIF CORRESPONDANT

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne de manière générale le domaine des systèmes électromécaniques/mécatroniques et plus particulièrement des appareils de test dans ce domaine. Elle concerne plus spécifiquement une méthode de caractérisation d’un simulateur de mouvements, un procédé de surveillance et un dispositif correspondant permettant d’effectuer une surveillance du fonctionnement dudit simulateur de mouvements ainsi que de la prévention et des diagnostics.

Arrière-plan technologique

[0002] Les simulateurs de mouvements sont des équipements destinés à tester des composants inertiels, en particulier les gyromètres et les centrales inertielles. Ils sont le plus souvent constitués d’un ou de plusieurs axes rotatifs inclus dans une géométrie de type cardan. Il existe également des simulateurs comprenant des axes en translation. Les actionneurs de ces équipements sont généralement des moteurs électriques, parfois hydrauliques. Les vitesses et/ou les positions angulaires de chaque axe sont mesurées par des capteurs ad-hoc, par exemple les positions angulaires peuvent être mesurées par des codeurs.

[0003] Ces simulateurs sont largement utilisés dans des procédés de production dans le cadre de tests systématiques. Dans ce cadre, la fiabilité du simulateur de mouvements se révèle de la plus haute importance, attendu qu’une défaillance totale du moyen de test est susceptible de bloquer complètement une chaîne de production, ce qui est très coûteux pour l’industriel ou est susceptible de donner de fausses informations sur les produits testés.

[0004] Afin d’éviter une défaillance inattendue du simulateur de mouvements, des opérations de maintenance préventive sont réalisées périodiquement. Néanmoins, il manque à l’heure actuelle un dispositif automatique permettant de diagnostiquer les axes des simulateurs de mouvements, et en particulier il manque un moyen d’estimer précisément un certain nombre de paramètres physiques de l’équipement, en vue de détecter une évolution anormale desdits paramètres. Il est certain que la détection de l’évolution anormale des paramètres physiques du simulateur avant qu’elle ne devienne critique, permettrait d’entreprendre une mesure de réparation anticipée de l’équipement, avant que le dysfonctionnement naissant empêche de se servir dudit simulateur de mouvements. Un tel dispositif permettrait ainsi une très significative réduction des risques de défaillance du moyen de test.

Exposé de l’invention

[0005] La présente invention vise à pallier à ce manque et consiste notamment à équiper le simulateur de mouvements d’un moyen de diagnostic et d’estimation de ses paramètres physiques.

[0006] A cette fin, l’invention concerne une méthode de caractérisation d’un simulateur de mouvements dans laquelle on estime des paramètres liés au fonctionnement dudit simulateur de mouvements, le simulateur de mouvements comportant un ensemble d’axes, chaque axe étant entraîné en rotation ou translation par un organe effecteur recevant un signal de commande L7(t) et comportant au moins un capteur de mesure de la rotation ou de la translation dudit axe permettant de mesurer au moins la position Θ ( t ) angulaire ou Λ ( t ) linéaire dudit axe, chaque organe effecteur d’axe étant dans une boucle de correction fermée reliée par une première entrée, au dit au moins un capteur de mesure et produisant, en sortie, le signal de commande U(t), ladite boucle de correction comportant une seconde entrée de signal destinée à recevoir un signal de consigne pour commander ledit axe,

[0007] dans laquelle méthode, les paramètres estimés sont au moins un paramètre sélectionné parmi :

[0008] - un paramètre (Π dépendant du moment d’inertie sur l’axe et dont l’effet sur le fonctionnement est fonction d’une variable d’accélération angulaire Q (f ) ou linéaire A (t) dudit axe,

[0009] - un paramètre (TJ ) dépendant du coefficient de frottements visqueux sur l’axe et dont l’effet sur le fonctionnement est fonction d’une variable de vitesse angulaire 0 ( f ) ou linéaire ( f ) dudit axe,

[0010] - un paramètre (G ) dépendant du coefficient de frottements secs sur l’axe et dont l’effet sur le fonctionnement est fonction d’une variable de vitesse angulaire 0(f) ou linéaire ( f ) dudit axe,

[0011] - au moins un paramètre (0 ) (0 ,) (0 . .) dépendant du coefficient de balourd (couples de gravité) et dont l’effet sur le fonctionnement est fonction d’une variable de position angulaire Θ ( t ) ou linéaire λ (t) dudit axe, et

[0012] dans laquelle méthode, on effectue une identification dynamique de modèle inverse (IDIM) par la méthode de la variable instrumentale dans laquelle on détermine une matrice instrumentale Z, ladite identification dynamique de modèle inverse (IDIM) s’effectuant sous une excitation de l’axe par un signal d’excitation envoyé dans la seconde entrée de signal,

[0013] dans laquelle méthode, on acquiert :

[0014] - le signal de commande U ( t ),

[0015] - des mesures dudit au moins un capteur de mesure et on calcule des fonctions des mesures acquises,

[0016] on filtre le signal de commande U(ΐ) acquis, une/des mesures acquises et des fonctions des mesures acquises afin d’obtenir des données correspondantes acquises filtrées.

[0017] Selon l’invention, le signal d’excitation est produit par un générateur de consigne calculant une consigne de position Θ _c( t) ou A _c(t)> ^une consigne de vitesse Q _c(t) ou A _c(f) et une consigne d’accélération 0 ou A (t) qui correspondent au signal d’excitation, et pendant l’excitation on acquiert en outre :

[0018] - la consigne de vitesse 0 _c(t)ou A _c(t) et la consigne d’accélération 0 (f) ou

A _c(t) du générateur de consigne, et

[0019] on filtre en outre les consignes de vitesse et d’accélération acquises afin d’obtenir des données correspondantes acquises filtrées,

[0020] on calcule la matrice instrumentale Z en utilisant des variables, lesdites variables étant :

[0021]

[0022]

- la consigne d’accélération acquise filtrée

Θ ( t ) ou A _cf. ( t ) pour ce qui concerne le paramètre (Π ) dépendant du moment d’inertie sur l’axe,

- la consigne de vitesse acquise filtrée Q ,(t)^ouA_c^(t) pour ce qui concerne le paramètre (F) _y) dépendant du coefficient de frottements visqueux sur l’axe,

[0023] - une des fonctions des mesures acquises filtrées pour ce qui concerne le paramètre (

Q ) dépendant du coefficient de frottements secs sur l’axe,

[0024] - au moins une des fonctions des mesures acquises filtrées pour ce qui concerne ledit au moins un paramètre (Π (Π _{q c}) (F? _{q s}.) dépendant du coefficient de balourd, et

[0025] on estime les paramètres par une méthode de calcul mettant en œuvre la matrice instrumentale Z.

[0026] D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de la méthode, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :

[0027] - la boucle de correction fermée est en rétroaction,

[0028] - le paramètre dépendant du coefficient de balourd est omis de la méthode dans le cas où l’axe entraîné en rotation est vertical ou dans le cas où l’axe est entraîné en translation,

[0029] - les fonctions des mesures acquises filtrées concernant ledit au moins un paramètre (

Π q^ Fl Fl q$1 dépendant du coefficient de balourd sont prises nulles dans le cas où l’axe en rotation est vertical ou dans le cas où l’axe est en translation,

[0030] - chaque exécution de la méthode s’effectue pour un axe donné du simulateur de mouvements,

[0031] - on exécute la méthode pour chaque axe devant être caractérisé parmi les axes du simulateur de mouvements,

[0032] - les frottements secs correspondent à un modèle dit de Coulomb,

[0033] - le simulateur de mouvements comporte un générateur de consigne,

[0034] - le signal de consigne et le signal d’excitation sont des signaux de position angulaire ou linéaire,

[0035] - le signal de consigne est un signal de vitesse angulaire ou linéaire,

[0036] - le capteur de mesure de la rotation de l’axe permet de mesurer la position angulaire θ(t) dudit axe,

[0037] - le capteur de mesure de la translation de l’axe permet de mesurer la position linéaire λ(t) dudit axe,

[0038] - le capteur de mesure de la rotation de l’axe permet de mesurer la position 0(t) et la vitesse 0(f) angulaires dudit axe,

[0039] - le capteur de mesure de la translation de l’axe permet de mesurer la position λ(t) et la vitesse À ( f ) linéaires dudit axe,

[0040] - le capteur de mesure de la rotation de l’axe permet en outre de mesurer l’accélération angulaire θ (t ) ou linéaire A (f )[0041] - pour le coefficient de balourd, on estime deux paramètres en quadrature, un correspondant à un sinus (Π ) et l’autre au cosinus (Π ,) de la position angulaire de i·/ S cj c l’axe,

[0042] - le capteur de mesure de l’axe permet de mesurer la position angulaire θ(t) ou linéaire λ ( t ) dudit axe, et pour le coefficient de balourd, on estime deux paramètres en quadrature, un correspondant à un sinus (Π _qs) et l’autre au cosinus (Π _i/c) de la position angulaire 0(t), et en ce que les fonctions des mesures dudit capteur de mesure sont choisies parmi au moins :

[0043] - un calcul de la vitesse angulaire Q ( f ) ou linéaire À ( f ) à partir de la position angulaire θ(t) ou linéaire λ ( t ) mesurée,

[0044] - un calcul de l’accélération angulaire Q ( f ) ou linéaire Λ ( f ) à partir de la position angulaire θ(t) ou linéaire λ ( t ) mesurée,

[0045] - un calcul de détermination du signe de la vitesse angulaire ou linéaire, cette dernière étant obtenue par un calcul de la vitesse à partir de la position angulaire θ(t) ou linéaire λ ( t ) mesurée,

[0046] - un calcul de cosinus de la position angulaire 0(t) mesurée,

[0047] - un calcul de sinus de la position angulaire θ(t) mesurée,

[0048] - le capteur de mesure de l’axe permet de mesurer en outre la vitesse angulaire θ ( t ) ou linéaire Λ ( t ) dudit axe, et pour le coefficient de balourd, on estime deux paramètres en quadrature, un correspondant à un sinus (Π _ .) et l’autre au cosinus ( y ό

Q ) de la position angulaire 0(t), et les fonctions des mesures dudit capteur de mesure sont choisies parmi au moins :

[0049] - un calcul de l’accélération angulaire Q ( f ) ou linéaire Λ ( f ) à partir de la vitesse angulaire Q ( f ) ou linéaire λ ( t ) mesurée,

[0050] - un calcul de détermination du signe de la vitesse angulaire ou linéaire à partir de la vitesse angulaire Q ( f ) ou linéaire Λ ( t ) mesurée,

[0051] - la vitesse angulaire θ ( t ) ou linéaire ( [ ) est calculée par la dérivée première de la position angulaire θ( t) ou linéaire λ ( t) mesurée,

[0052] - l’accélération angulaire θ ( t ) ou linéaire Λ ( t ) ^est calculée par la dérivée seconde de la position angulaire θ( t) ou linéaire λ (t ) mesurée,

[0053] - l’accélération angulaire θ (f ) ou linéaire ( f ) est calculée par la dérivée première de la vitesse angulaire θ ( f ) ou linéaire Λ ( t ) mesurée,

[0054] - dans le cas où le paramètre (0 _s) dépendant du coefficient de frottements secs sur l’axe doit être estimé, alors, pendant l’excitation on met en œuvre un signal d’excitation qui ne correspond qu’à un seul sens de rotation de l’axe,

[0055] - dans le cas où le paramètre (Γ) ) dépendant du coefficient de frottements secs sur l’axe doit être estimé, alors, pendant l’excitation on met en œuvre un signal d’excitation qui ne correspond qu’à un seul sens de rotation de l’axe, et on assigne d’office une valeur constante à la variable correspondant à la fonction des mesures acquises filtrées de calcul de détermination du signe de la vitesse de l’axe,

[0056] - les mesures sont échantillonnées et numérisées, les calculs des fonctions des mesures sont numériques et le filtrage est un filtrage numérique par un filtre numérique et pour calculer la matrice instrumentale Z on détermine un vecteur ligne i_z(t) regroupant les variables, ledit vecteur ligne l étant :

[0057] Z_z(t) = ra_c/.(t) Ô_c/.(f) sign(6(t)) χθ_f(r) dans le cas d’un axe non vertical entraîné en rotation, ou

[0058] Z_z(t) = [0 (f) 0 ,(t) signSÔ(t)} C / C / jaxe vertical entraîné en rotation, ou

[0059] Z_z(f) = M._f(f) sign (À (t)) dans le cas d’un dans le cas d’un axe entraîné en translation, où

Θ ,(ΐ)λ ,_f(t) correspondent à la consigne C / C f

[0060]

[0061]

[0062]

[0063]

[0064]

[0065]

[0066]

Θ f(t)Â _cf ( t ) correspondent à la consigne de vitesse acquise filtrée, signée ( t ) ) S i g n λ ( t ) ) correspondent au filtrage du calcul de détermination du signe de la vitesse angulaire ou linéaire respectivement, C Θ ( t ) correspond au filtrage du calcul de cosinus de la position angulaire et S Θ t j correspond au filtrage du calcul de sinus de la position angulaire, la matrice Z étant :

' 12 ( 1 ) pour t = 1 /V, où A' est le nombre d’échantillons,

Uz(N).

- la méthode de calcul mettant en œuvre la matrice instrumentale Z utilisée pour estimer les paramètres correspond à la résolution de λ _ / r r oùla matrice A' est la concaténation des vecteurs-lignes / y ( t ), lx(N) dans le cas d’un axe non vertical entraîné en rotation, ou dans le cas d’un axe vertical entraîné en rotation, ou dans le cas d’un axe corentraîné en translation, et où _f( f ) correspondent au filtrage de l’accélération, Q j respondent au filtrage de la vitesse, signed ( t ) ) S îg n ( Λ (t ) ) correspondent au filtrage du calcul de détermination du signe de la vitesse angulaire ou linéaire respectivement, c Θ ( t ) correspond au filtrage du calcul de cosinus de la position angulaire et 5 Θ t j correspond au filtrage du calcul de sinus de la position angulaire, et

[0067]

U ’ pour t — 1 -Λί,ούΝ est le nombre d’échantillons,

U_f.(2)

[0068]

[0069]

[0070] i

- dans le cas où le capteur de mesure de la rotation de l’axe permet de mesurer la position angulaire 0(t) dudit axe, alors dans le vecteur ligne / χ ( f ) et dans le vecteur ligne l γ ( t ) , Q ( f ) correspond à la consigne d’accélération acquise filtrée, 0 ( [ ) correspond à la consigne de vitesse acquise filtrée, 0 j correspond au filtrage du résultat du calcul de l’accélération de l’axe θ (f ) à partir de la position angulaire θ(t) mesurée, Θ t j correspond au filtrage du résultat du calcul de la vitesse angulaire de l’axe 0 ( f ) à partir de la position angulaire 0(f) mesurée,

S i q H ^(0 (t ) ) correspond au filtrage du calcul de détermination du signe de la vitesse angulaire de l’axe, cette dernière 0 ( f ) étant obtenue par un calcul de la vitesse angulaire de l’axe à partir de la position angulaire 0(t) mesurée, C0 ( t ) correspond au filtrage du calcul de cosinus de la position angulaire 0(f) mesurée et S Θ t j correspond au filtrage du calcul de sinus de la position angulaire θ(t) mesurée,

- dans le cas où le capteur de mesure de la rotation de l’axe permet de mesurer la vitesse angulaire 0(f) dudit axe, alors dans le vecteur ligne /χ ( f ) et dans le vecteur ligne / y ( f ), 0 _c^(t ) correspond à la consigne d’accélération acquise filtrée, 0 , ( f ) correspond à la consigne de vitesse acquise filtrée, 0 (f ) cf ' ' l\ / correspond au filtrage du résultat du calcul de l’accélération de l’axe 0 (f ) à partir de la vitesse angulaire 0(f) mesurée, 0 [ f j correspond au filtrage de la vitesse angulaire 0(f) mesurée, s ïg 1Ί ^(0 (f) ) correspond au filtrage du calcul de détermination du signe de la vitesse angulaire mesurée 0 ( f ), C 0 · ( t ) correspond au filtrage du calcul de cosinus de la position angulaire 0(t), cette dernière 0(t) étant obtenue par un calcul de la position angulaire de l’axe à partir de la vitesse angulaire 0(f) mesurée, et s Θ t j correspond au filtrage du calcul de sinus de la position angulaire 0(t), cette dernière 0(t) étant obtenue par un calcul de la position angulaire de l’axe à partir de la vitesse angulaire 0(f) mesurée,

- les paramètres s’appliquent à un modèle inverse d’un axe de simulateur de mouvements, ledit modèle inverse étant :

[0071] T f f f SÎI1 ίθ dans le & + K ^v θ + k ^{s s}ign(® ) + ττ~ = U a m ^Λ a m ^2X a m ^JV a m cas d’un axe non vertical entraîné en rotation, ou

[0072]

+ js ^s sign(0 ^Λ am dans le cas d’un axe vertical

U entraîné en rotation, ou

[0073]

I . f f dans le cas d’un axe entraîné

À + js ^v λ + is^-sign(A ) = U am am a m en translation,

[0074] où Θ est la position angulaire de l’axe, 0 la vitesse angulaire de l’axe, Λ la vitesse linéaire de l’axe, 0 l’accélération angulaire de l’axe et Λ l’accélération linéaire de l’axe, K _am est un scalaire, J est le moment d’inertie, f est un coefficient de ' v frottements visqueux, f $ est un coefficient de frottements secs, f est un coefficient de balourd, Φ est un angle en relation avec la position du centre de gravité par rapport à la verticale et les paramètres sont au moins un de :

[0075] ^a R a m

[0076]f

[0077]f

H_s = K* •^ya m

[0078]f ü

η = ts~— g ^Aam

[0079] Π et Π vérifiant η = /pp ₊ n ² etΠ β V de gs φ = atan2 gc

[0080] - K _{a m} est un scalaire égal à la constante de couple de l’organe effecteur, notamment un moteur, entraînant l’axe en rotation par le gain de la chaîne de commande de l’organe effecteur, notamment le gain de l’amplificateur de puissance actionnant ledit moteur,

[0081] - dans le cas où l’axe entraîné en rotation est vertical, on assigne la valeur 0 à Π _ ,

Q soit η = η = η = 0, g g^cg

[0082] - dans le cas où l’axe est entraîné en translation, on assigne la valeur 0 à Π , soit n = η = η= ο, gg s

[0083] - le filtrage est effectué par un filtre passe bande ou passe bas,

[0084] - le filtrage est analogique,

[0085] - les calculs des fonctions des mesures sont analogiques,

[0086] - le filtrage est un filtrage numérique,

[0087] - le filtre numérique a une fonction de transfert correspondant à la discrétisation de la fonction de transfert continue______1______ avec ^T une constante de temps de ( T S + 1 )² réglage,

[0088] - le filtre numérique est choisi parmi les filtres stables passe bas,

[0089] - le simulateur de mouvements comporte un mode maintenance et la méthode est mise en œuvre lorsque le simulateur de mouvements est dans le mode maintenance, [0090] - le simulateur de mouvements comporte une interface utilisateur avec un dispositif d’affichage et on affiche sur le dispositif d’affichage les paramètres estimés obtenus lors de l’exécution de la méthode,

[0091] - le simulateur de mouvements comporte une interface utilisateur avec un dispositif d’affichage et une mémoire mémorisant les paramètres estimés obtenus lors d’exécutions successives au cours du temps de la méthode et on affiche sur le dispositif d’affichage les évolutions des paramètres estimés obtenus,

[0092] - le simulateur de mouvements comporte un des moyens de calculs statistiques et de tests comparatifs sur les paramètres estimés.

[0093] L’invention concerne également un procédé de surveillance du fonctionnement d’un simulateur de mouvements comportant un ensemble d’axes, chaque axe étant entraîné en rotation ou translation par un organe effecteur recevant un signal de commande U(t ) et comportant au moins un capteur de mesure de la rotation ou de la translation dudit axe permettant de mesurer au moins la position θ ( ΐ ) angulaire ou λ ( t ) linéaire dudit axe, chaque organe effecteur d’axe étant dans une boucle de correction fermée reliée par une première entrée, au dit au moins un capteur de mesure et produisant, en sortie, le signal de commande U(î), ladite boucle de correction comportant une seconde entrée de signal destinée à recevoir un signal de consigne pour commander ledit axe, dans lequel procédé, on exécute d’une manière répétée au cours du temps la méthode de caractérisation de l’invention permettant d’obtenir des estimations des paramètres liés au fonctionnement dudit simulateur de mouvements et on compare entre eux les paramètres estimés obtenus lors des exécutions successives de la méthode et/ou on compare les paramètres estimés obtenus lors d’une exécution de la méthode avec des valeurs nominales de paramètres.

[0094] D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du procédé, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :

[0095] - les valeurs nominales de paramètres sont des valeurs des estimations des paramètres obtenues par la méthode de l’invention sur un simulateur de mouvements ayant un fonctionnement nominal, de préférence le même simulateur de mouvements,

[0096] - le simulateur de mouvements comporte des moyens pour l’exécution de la méthode et du procédé et on mémorise dans une mémoire du simulateur de mouvements les paramètres estimés obtenus lors des exécutions successives de la méthode,

[0097] - on raccorde au simulateur de mouvements un équipement distinct comportant des moyens pour l’exécution de la méthode et du procédé et on mémorise dans une mémoire de l’équipement distinct les paramètres estimés obtenus lors des exécutions successives de la méthode,

[0098] - on effectue des calculs statistiques sur les paramètres estimés mémorisés obtenus lors des exécutions successives de la méthode,

[0099] - les calculs statistiques sont choisis parmi des moyennes, des régressions, des ajustements de courbes...

[0100] - les exécutions successives de la méthode sont séparées entre elles d’au moins une heure,

[0101] - les exécutions successives de la méthode sont séparées entre elles d’au moins une journée,

[0102] - les exécutions successives de la méthode sont séparées entre elles d’au moins une semaine,

[0103] - à chaque exécution de la méthode de caractérisation de l’invention, on estime le même/les mêmes paramètres d’au moins un même des axes et on compare pour ledit ou pour chacun des paramètres et pour ledit ou pour chaque axe, les paramètres estimés obtenus lors des exécutions successives de la méthode,

[0104] - pour un même axe, on compare entre elles les estimations du paramètre Π _a obtenues lors des exécutions successives de la méthode,

[0105] - pour un même axe, on compare entre elles les estimations du paramètre Q obtenues lors des exécutions successives de la méthode,

[0106] - pour un même axe, on compare entre elles les estimations du paramètre 0 _ç obtenues lors des exécutions successives de la méthode,

[0107] - pour un même axe, on compare entre elles les estimations du paramètre Π obtenues lors des exécutions successives de la méthode,

[0108] - pour un même axe, on compare entre elles les estimations du paramètre Π $ _c obtenues lors des exécutions successives de la méthode,

[0109] - pour un même axe, on compare entre elles les estimations du paramètre Π ^s obtenues lors des exécutions successives de la méthode,

[0110] - pour un même axe, on compare entre elles des mêmes combinaisons linéaires de deux ou plusieurs des estimations des paramètres Π Π _v, Π _s, Π ,^_s obtenues lors des exécutions successives de la méthode,

[0111] - lors de la comparaison, on calcule une différence entre paramètres estimés de deux exécutions de la méthode et on compare par rapport à un seuil ou à une fourchette de valeurs, ladite différence,

[0112] - lors de la comparaison, on calcule une différence entre paramètres estimés de deux exécutions successives de la méthode et on compare par rapport à un seuil ou à une fourchette de valeurs, la valeur absolue de ladite différence,

[0113] - le seuil ou la fourchette de valeurs sont déterminés à partir de paramètres estimés sur un simulateur de mouvements de référence,

[0114] - le seuil ou la fourchette de valeurs sont déterminés à partir de paramètres estimés sur le même simulateur de mouvements alors que ce dernier est connu pour être dans un état de fonctionnement adéquat, de préférence optimal,

[0115] - lorsque la comparaison par rapport au seuil ou à la fourchette de valeurs est significative d’une anomalie pour un paramètre estimé, alors un signalement est effectué, [0116] - la comparaison est effectuée dans le simulateur de mouvements,

[0117] - la comparaison est effectuée en dehors du simulateur de mouvements, dans un équipement informatique distinct ayant récupéré les paramètres estimés mémorisés.

[0118] L’invention concerne aussi un simulateur de mouvements comportant un ensemble d’axes, chaque axe étant entraîné en rotation ou translation par un organe effecteur recevant un signal de commande Z7(t) et comportant au moins un capteur de mesure de la rotation ou de la translation dudit axe permettant de mesurer au moins la position Θ ( t ) angulaire ou λ ( t ) linéaire dudit axe, chaque organe effecteur d’axe étant dans une boucle de correction fermée reliée par une première entrée, au dit au moins un capteur de mesure et produisant, en sortie, le signal de commande U(t), ladite boucle de correction comportant une seconde entrée de signal destinée à recevoir un signal de consigne pour commander ledit axe, ledit simulateur de mouvements comportant un moyen de contrôle configuré pour exécuter la méthode de caractérisation et/ou le procédé de de surveillance de l’invention. Le moyen de contrôle peut être un circuit électronique analogique et numérique et, de préférence, à programmation informatique.

[0119] L’invention concerne enfin un système de gestion d’un ensemble de simulateurs de mouvements comportant chacun un ensemble d’axes, chaque axe étant entraîné en rotation ou translation par un organe effecteur recevant un signal de commande /7( t ) et comportant au moins un capteur de mesure de la rotation ou de la translation dudit axe permettant de mesurer au moins la position Θ ( t ) angulaire ou ( t ) linéaire dudit axe, chaque organe effecteur d’axe étant dans une boucle de correction fermée reliée par une première entrée, au dit au moins un capteur de mesure et produisant, en sortie, le signal de commande U(t), ladite boucle de correction comportant une seconde entrée de signal destinée à recevoir un signal de consigne pour commander ledit axe, dans lequel système, les simulateurs de mouvements comportent des moyens de contrôle et sont connectés à un réseau informatique relié à un serveur distant, les simulateurs de mouvements et le serveur pouvant échanger des données, ledit serveur distant comportant des moyens informatiques, et les moyens de contrôle des simulateurs de mouvements et les moyens informatiques du serveur sont configurés pour exécuter :

[0120] - la méthode de caractérisation de l’invention permettant d’obtenir des estimations des paramètres liés au fonctionnement desdits simulateurs de mouvements, ou

[0121] - le procédé de surveillance de l’invention,

[0122] et les paramètres estimés sont stockés dans le serveur.

[0123] Dans diverses variantes du système de gestion :

[0124] - la méthode est exécutée dans le simulateur de mouvements,

[0125] - la méthode est exécutée dans le serveur,

[0126] - la méthode est exécutée en partie dans le simulateur de mouvements et en partie dans le serveur,

[0127] - le procédé est exécuté dans le simulateur de mouvements,

[0128] - le procédé est exécuté dans le serveur,

[0129] - la procédé est exécuté en partie dans le simulateur de mouvements et en partie dans le serveur.

Brève description du dessin

[0130] [fig-1] de l’état de l’art représente le schéma de principe de l’identification par la méthode IDIM-IV faisant en particulier utilisation d’un modèle dynamique direct du système.

Description détaillée d’un exemple de réalisation

[0131] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.

[0132] Afin de pouvoir présenter l’invention dans tous ses détails, la description qui suit va commencer par présenter les principes généraux d’un simulateur de mouvements puis une solution existante permettant de caractériser un simulateur de mouvements et, enfin, la solution proposée permettant une optimisation de la caractérisation d’un simulateur de mouvements. Pour ces explications on considérera des axes entraînés en rotation dans le simulateur de mouvements mais l’invention peut aussi s’appliquer à un axe entraîné en translation rectiligne (ce qui entraîne une simplification du fait de l’absence d’effet du balourd) voire mixte si on peut séparer les effets entre la rotation et la translation rectiligne.

[0133] Dans ce document, pour ce qui concerne les axes entraînés en rotation, le symbole Θ et similaires est utilisé. Pour ce qui concerne les axes entraînés en translation, le symbole λ et similaires est utilisé. Concernant les similaires : les symboles 0 et λ, sans point sur le dessus, se rapportent à des positions qu’elles soient calculées ou mesurées. Les symboles 0 et Â (donc avec un seul point sur le dessus) se rapportent à des vitesses, qu’elles soient calculées ou mesurées. Les symboles 0 et Λ (donc avec deux points sur le dessus) se rapportent à des accélérations, qu’elles soient calculées ou mesurées.

[0134] On peut mettre en œuvre les principes suivants dans le cadre de la modélisation d’un axe d’un simulateur de mouvements. Tout d’abord, un simulateur de mouvements peut être considéré comme un robot d’une forme particulière, et le formalisme mathématique pour sa modélisation résulte des équations d’Euler-Lagrange. Cependant, il est toujours possible de caractériser un axe séparément des autres, les paramètres résultant des couplages inter-axes n’étant alors pas pris en compte. En outre, les conditions d’essai font qu’un axe entraîné en rotation peut être testé lorsqu’il est vertical ou non vertical ce qui fait que la modélisation peut être plus ou moins simplifiée (on verra que le calcul est simplifié pour un axe vertical du fait de l’absence d’effet du balourd).

[0135] Soit U(t) le signal de commande envoyé sur l’amplificateur de l’actionneur de l’axe, actionneur généralement électrique. La plupart du temps, l’assemblage amplificateur, électronique de puissance et moteur est établi de sorte que le couple moteur ( t ) est pratiquement linéaire par rapport à ladite commande U( t ), les dynamiques électriques propres à cet actionneur étant ici négligées. On peut alors écrire :

[one] r_m(t) = x_arau(r)

[0137] Où K _{a m} est un scalaire, produit de la constante de couple du moteur par le gain de l’amplificateur de puissance. Considérons par ailleurs la position angulaire Θ (t) de l’axe, ici en radians. La simple application de la seconde loi de Newton (théorème fondamental de la dynamique) amène aux équations différentielles suivantes pour un axe vertical :

[0138] /e(r) = -f_ssign(e ) +X_amU(t)

[0139] Et pour un axe horizontal :

[0140] J6(t)= -f_vÔ(t)-f_ssign(ê)-f_iism (θ + φ) + K_amU{t)

[0141] J : étant le moment d’inertie (kg .m²)

[0142] f : étant un coefficient de frottements visqueux ( N.1TI .S )

V

[0143] f : étant un coefficient de frottements secs (N.m ) (les frottements secs étant ici représentés par le modèle dit de Coulomb).

[0144] f : étant un coefficient de balourd (couples de gravité) ( N.m ) résultant de ce g

que le centre de gravité de l’axe ne se situe pas sur l’axe de rotation.

[0145] Φ : un angle en relation avec la position du centre de gravité par rapport à la verticale (r ad).

[0146] Les équations précédentes peuvent être réécrites pour un axe vertical :

[0147] T .. f f —θ + k ^v θ + k ^{s s}ign (Θ ) = U ^Ά am ^Λ am

[0148] Et pour un axe horizontal :

[0149] _T f f f sin (Θ + φ]

1Γ~Θ + Ίζ^θ + -JC^^Sign(Q } + ~—ΤΓ~ = U a m a m a ma m

[0150] Ces équations constituent ce que l’on appelle le modèle inverse d’un axe de simulateur de mouvements.

[0151] Posons :

[0152]./ ^a & am

[0153]f ^η _ν = κ^

[0154]f ⁿs~K_am

[0155]f π - k g ^Άατπ

[0156] Il est clair que pour une inertie invariante, la comparaison des paramètres n_a>n_v,n_s,n obtenus par estimation, dans une situation normale et dans une situation où l’un des composants se serait dégradé, permet d’obtenir des informations afin de localiser l’origine d’un défaut.

[0157] Ainsi, une différence significative de la valeur du paramètre f] _a obtenue par estimation entre un cas normal et un cas pathologique à inertie identique, révèle une variation de la constante de couple du moteur, ou du gain de l’amplificateur, ce qui permet d’inférer qu’une anomalie est survenue au niveau du variateur et/ou de l’amplificateur du moteur, ou bien au niveau du moteur lui-même.

[0158] De même, une variation significative des coefficients liés aux frottements visqueux Π _v, ou secs _s permet de déduire une anomalie au niveau des roulements associés à cet axe.

[0159] Afin qu’un diagnostic fiable puisse être établi, il est nécessaire que le test puisse être toujours effectué à inertie invariante, en général sans charge sur le plateau du simulateur. D’autre part il est nécessaire également d’avoir à disposition un algorithme d’estimation des paramètres en question, dénommé algorithme d’identification, qui soit précis.

[0160] On connaît des algorithmes d’estimation des paramètres d’un simulateur par identification mais l’identification des paramètres Π _a, Π _v> Π _s > Π présente une difficulté majeure : Cette opération nécessite qu’un axe du simulateur soit stimulé afin d’enregistrer son comportement. Les axes des simulateurs ayant par construction un caractère intégrateur, la stimulation doit être effectuée en boucle fermée, c’est-à-dire que durant cette phase l’axe est déjà contrôlé par un correcteur. Or il est bien connu que d’une façon générale, l’identification des systèmes en boucle fermée est un domaine bien plus difficile que l’identification des systèmes en boucle ouverte. En particulier, l’application des algorithmes d’identification en boucle ouverte appliqués à des données acquises lors d’essais effectués en boucle fermée produisent des estimés biaisés, dès lors que le système est entaché de perturbations aléatoires, ce qui est systématiquement le cas sur un simulateur de mouvements.

[0161] Aussi, la mise au point d’une technique fiable produisant des paramètres estimés non biaisés et précis est un enjeu crucial pour la pertinence d’un diagnostic d’un simulateur de mouvements.

[0162] Le développement d’algorithmes spécifiques à l’identification des systèmes électromécaniques a fait l’objet de nombreuses recherches. En particulier, on peut mentionner la méthode d’identification dynamique du modèle inverse en temps continu, connue dans la littérature sous le sigle ID IM (Inverse Dynamic Identification Model), qui peut être utilisée, associée à une technique d’estimation par la méthode des moindres carrés explicites (IDIM-LS). Cette méthode existe depuis les années 1980, mais, comme toutes les méthodes incluant une minimisation basée sur l’algorithme des moindres carrés explicites aboutissent généralement à des paramètres estimés biaisés en cas de perturbations aléatoires, elle n’est pas satisfaisante.

[0163] Aussi plusieurs techniques d’identification des systèmes électromécaniques ont été développées beaucoup plus récemment afin de pallier aux inconvénients de la méthode IDIM-LS. Parmi celles-ci figure une méthode publiée en 2014 et basée sur le principe de la variable instrumentale (IDIM-IV), et décrite en particulier dans la publication « A generic Instrumental variable approach for industrial robot identification » dont les auteurs sont A. Janot et al, parue dans IEEE Transactions on control systems technology (vol. 22, pp. 132-145).

[0164] Cette méthode va être décrite dans la suite de ce document. Néanmoins, l’un de ses inconvénients est qu’elle nécessite la mise en œuvre non seulement d’un modèle inverse, en l’occurrence du simulateur de mouvements, mais également d’un modèle direct du système muni de son correcteur, c’est-à-dire du modèle complet de la boucle fermée.

[0165] On peut déjà annoncer à ce stade de la description, compte tenu des spécificités d’un simulateur de mouvements et en particulier de la possibilité de caractériser chaque axe séparément, qu’on propose pour l’invention une version dérivée de la méthode IDIMIV et qui est adaptée aux simulateurs de mouvements. Cette version dérivée et adaptée apporte des simplifications drastiques dans l’algorithme, en faisant l’économie d’un modèle de la boucle fermée, et ne nécessite pas de connaissance à priori du correcteur utilisé. Ces deux éléments de simplifications favorisent grandement la mise en œuvre industrielle de l’algorithme, par la réduction des coûts de calcul qu’il engendre.

[0166] Concernant la méthode IDIM-LS en elle-même, reprenons le modèle inverse de l’axe horizontal, celui de l’axe vertical pouvant être considéré comme un cas dégénéré avec η = 0 : g

[0167] η 0 ₊ η q ₊ η sign (0 ) + η sini&+(p\=U ^{α ν s} g \ t

[0168] Qui, du fait d’une propriété trigonométrique élémentaire, peut encore s’écrire :

[0169] η _αθ^ + η _v&(tj + η _ssign(9 (t)) + η sin (Θ ( t ) ) + η _?5cos (0(t))=U^L

[0170] Avec :

[0171] η = ipp + η² g A gc g s

[°¹⁷²] in\ φ = a ΐαπ2^η^ j

[0173] La méthode IDIM-LS, comme toutes les méthodes d’identification, consiste d’abord à exciter l’axe, ici en boucle fermée, et d’acquérir les entrées et les sorties, en l’occurrence les signaux U(t) et Θ (t).

[0174] On procède ensuite à des calculs par application de fonctions aux signaux acquis U(t) et Θ (t) et de filtrages des résultats de ces calculs, de façon à obtenir les données filtrées suivantes dans le cas où les calculs et filtrages sont effectués en commun :

¹⁰¹⁷⁵¹ V(t) = ----L—₇U(t) ¹ ( ts + 1 ) ¹⁰¹⁷⁶¹ e,.(t)=-—¹—-ζθ/t] ¹ (ts +1) U ¹⁰¹⁷⁷¹ 6,.(t) = -----s f)(t] ¹⁰¹⁷⁸¹ e,(t)=_; * ₂7e(o ¹ (ts + 1)

[0Π9] _sig_n (t)= 1 -₂si'gηto/tjj f (ts + 1)\ \ Π

[0¹⁸°] 5 θ ( t ) = - 1 -7 sin to ( t ) ) ^z (ts + 1) \/

[°¹⁸¹] _cg (j}₌ 1 -2COsto(t)j ' (ts + 1) \/

[0182] On note que ces fonctions s’appliquent à ce cas où un capteur de mesure de la rotation permet seulement de mesurer la position angulaire Θ ( t ) de l’axe et il est nécessaire de calculer la vitesse et l’accélération angulaires à partir de la position angulaire mesurée. Si le capteur de mesure de la rotation permet de mesurer en plus la vitesse angulaire θ ( [ ) de l’axe alors l’accélération angulaire pourra être calculée par une fonction adéquate à partir de la vitesse angulaire. On peut prévoir le cas de capteurs de mesure de la rotation permettant de mesurer la position angulaire Θ ( t ) et la vitesse angulaire Q ( f ) et, alors, on ne calculera que l’accélération angulaire. Dans ce dernier cas, on peut envisager de calculer la vitesse à partir de la position pour faire des comparaisons et éventuellement des corrections entre les calculs et mesures.

[0183] Le filtrage est naturellement réalisé en temps discret par discrétisation des filtres continus. Ici ^τ est une constante de temps qui constitue un paramètre de réglage.

[0184] Il est important de noter que la fonction de transfert de filtrage présentée n’est donnée qu’à titre d’exemple, l’emploi d’autres fonctions de transfert est possible, en fait il peut s’agir d’un filtre linéaire stable, passe bas, d’ordre éventuellement plus élevé et de gain statique éventuellement différent de 1. En outre les fonctions appliquées sont données en référence à l’exemple présenté où le capteur de mesure de la rotation de l’axe permet de mesurer la position angulaire Θ ( t ) dudit axe. Il en résulte que la vitesse et l’accélération de l’axe sont calculées par application d’une fonction dérivée première et seconde respectivement. On comprend que si le capteur de mesure de la rotation de l’axe permet de mesurer la vitesse angulaire ©(f), voire l’accélération angulaire 0 (f ), en complément de la position et/ou l’accélération, les fonctions (dont une absence de fonction complète du fait qu’on mesure directement la variable concernée et qu’on a pas besoin de la calculer, il suffit seulement de la filtrer) appliquées aux mesures pourront être différentes pour les calculs de la position et/ou la vitesse et/ou l’accélération de l’axe. Ainsi, si le capteur de mesure de la rotation de l’axe permet de mesurer la position et la vitesse, seule l’accélération devra être calculée par application d’une fonction sur une des deux mesures de position ou de vitesse.

[0185] On doit noter que si on peut appliquer des fonctions donnant la dérivée d’une mesure pour obtenir la variable qui sera filtrée, en revanche, l’intégration d’une mesure n’est pas envisagée dans les fonctions applicables.

[0186] On peut écrire :

[0187] η Θ _f(t\ +η Θ _fit\ +η sign ,(Q (t) ) + η sQ_flt\ + g cd_f(t\=U_f(t ^a I \ ' ^{v s} t tjc '\ > Q s <\ / / \

[0188]

[0189]

[0190]

[0191]

[0192]

[0193]

[0194]

Définissons le vecteur ligne :

dans le cas d’un axe horizontal et dans le, cas d’un axe vertical ou en translation.

On peut alors constituer une matrice X par concaténation des vecteurs-lignes l γ ( t ), pour f = 1 N, où N le nombre d’échantillons, telle que :

[0195]

[0196]

Ux(N)

De même, on peut constituer un vecteur Y tel que :

U_/(2)

[0197]

[0198]

[0199]

[0200]

Posons P le vecteur des paramètres :

n_v π

¹ s n

gc n g s । pour un axe horizontal, et rn/ n_v

n.

[0201]

[0202]

[0203]

[0204] pour un axe vertical ou en translation. On alors :

p(l) est un vecteur de perturbations aléatoires (p (Γ)).

P = P(2)

[0205]

[0206]

[0207]

[0208]

[0209]

[0210]

[0211]

[0212]

Mi

L’estimation de Π par la méthode des moindres carrés explicites, ce qui correspond à l’algorithme IDIM-LS, fournit le vecteur estimé ή de U par la relation classique :

ή = (χ^τχ)'χ^τΥ

Comme expliqué plus haut, il est bien connu que la méthode des moindres carrés aboutit à un vecteur estimé η biaisé à partir du moment où les composantes de la matrice X sont corrélées avec le vecteur de perturbations aléatoires, ce qui est le cas dans un simulateur de mouvements.

Maintenant, si on s’intéresse à la méthode de la variable instrumentale (algorithme IDIM-IV), on utilise dans le calcul de η (estimation de U par une méthode de calcul utilisant une matrice Z dont les composantes seraient fortement corrélées avec les composantes de X si ces composantes n’étaient pas perturbées et dont, en revanche, les composantes de Z sont fortement décorrélées des composantes du vecteur P.

L’estimée par la méthode de la variable instrumentale est donnée par la relation :

ή = (Z^TX)~¹Z^TY

Dans le document « A generic Instrumental variable approach for industrial robot identification » déjà cité, la matrice instrumentale Z est constituée à partir des signaux internes à un modèle de la boucle fermée du système (incluant un modèle direct du système du correcteur et générateur de trajectoire associé). La mise en œuvre de ce modèle de la boucle fermée tel que l’on peut le voir dans la figure 4 de ce document et qui correspond à la figure 1 de la présente demande, alourdit la charge de calcul de l’algorithme d’estimation, ce qui peut constituer un frein à son implantation industrielle.

A noter que dans ces explications, on a considéré tous les paramètres, c’est-à-dire ceux en relation avec le moment d’inertie et les frottements visqueux et les frottements secs et le balourd. Or, dans certaines configurations de simulateurs de mouvements, certains de ces paramètres peuvent être considérés d’effets négligeables et/ou comme non évolutifs. On a déjà vu que dans le cas d’un axe vertical en rotation, le balourd n’intervenait pas. Il peut en être de même pour ce qui concerne les frottements en cas d’utilisation de paliers sans contact et dont on considère qu’ils resteront sans contact, non évolutifs. Dans de tels cas, les éléments correspondants peuvent être éliminés ou être assignés à une valeur par défaut constante et ne pas nécessiter des calculs les concernant par exemple on peut mettre en œuvre un palier magnétique sans contact.

[0213]

[0214]

[0215]

[0216]

[0217]

[0218]

Attendu que l’identification d’un simulateur de mouvements se fait de façon séparée pour chaque axe, et que l’on manipule de ce fait des modèles découplés, on se retrouve dans un cas favorable, permettant des simplifications de l’algorithme IDIM-IV. Ce sont ces simplifications qui font l’objet de la présente invention.

Ces simplifications portent sur la composition du vecteur instrumental et de la matrice Z associée. On a vu que dans la matrice A), chaque ligne s’écrit :

[0219]

[0220]

[0221]

[0222]

[0223]

[0224]

Il apparaît tout d’abord que les mouvements destinés à la caractérisation d’un axe de simulateur de mouvements peuvent être choisis de telle sorte qu’ils ne présentent pas de changement de sens. Cela implique alors que s îg Π ,(θ ( t ) ) peut être considéré comme indépendant de la perturbation aléatoire p ( t ).

Par ailleurs, le niveau de perturbation sur Θ (t) est généralement extrêmement faible au regard de l’amplitude de Θ ( t ) avec un rapport signal sur bruit pouvant être supérieur à 60 dB (écart type). En conséquence, les termes C 0 ( t ) , S0 ^( f j sont extrêmement peu affectés par les perturbations aléatoires.

Dans le vecteur /y ( t ) restent alors les termes 0 [f j et Q qui eux sont manifestement corrélés avec les perturbations. Cependant, il est à noter que les systèmes de commande des simulateurs de mouvements sont pourvus de générateurs de trajectoire calculant en temps réel non seulement la consigne de position 0 _c(t), mais également une consigne de vitesse 0 _c(t), et également une consigne d’accélération 0 ,(f ). H est évident que ces consignes ne sont pas du tout corrélées avec les perturbations aléatoires affectant le système. En revanche, les signaux 0 _c(f ) et Q (f) sont fortement corrélés avec 0(f) et 0(f) respectivement et ils peuvent donc être considérés pour établir la matrice Z.

A partir de 0 _r ( f ) et 0 _c ( f ) il est aisé de calculer les signaux filtrés 0 f j et cf ^v cf

On peut alors constituer une matrice instrumentale Z simplifiée par concaténation de vecteurs-lignes l g ( t ) tels que :

[0225]

[0226]

[0227]

[0228]

[0229]

[0230]

[0231]

[0232]

[0233]

[0234] où les composantes sont fortement corrélées à X (s’il n’était pas contaminé par les perturbations aléatoires) et sont fortement décorrélées des perturbations aléatoires et où les termes c Θ ( t ) , S Θ ·( t j sont fortement décorrélés des perturbations aléatoires.

Et la matrice Z simplifiée est alors constituée suivant :

[I_Z(N) j

On peut alors estimer les paramètres par la méthode de la variable instrumentale précédemment vue et en utilisant la matrice Z simplifiée, avec :

/7 = (z'^rx)^-iz^Ty

On voit que l’avantage de la méthode proposée ici est de permettre d’obtenir à bon compte le vecteur instrumental ( t ) en faisant l’économie du modèle de la boucle fermée de la méthode IDIM-IV ce qui, encore une fois, constitue une réduction de coût significative en termes de charge de calcul.

Avec la méthode proposée, il est possible d’obtenir un vecteur ή non biaisé avec une précision d’estimation inférieure au %, voire inférieure au dixième de %. La grande précision sur les paramètres estimés et le caractère non biaisé de ces estimées permet l’implémentation de fonctionnalités de prévention et/ou de diagnostic utilisant ces résultats d’identification par un suivi de l’évolution des paramètres estimés au cours du temps.

En outre, avec la méthode proposée, on traite chacun des axes indépendamment des autres, ce qui apporte aussi une simplification : le signal d’excitation est envoyé dans la boucle du correcteur de l’axe étudié et les mesures et calculs ne concernent que cet axe pour obtenir les paramètres estimés de cet axe.

Dans un mode de réalisation particulier, le simulateur de mouvements comporte un moyen de contrôle de son fonctionnement demandant à l’utilisateur ou même contraignant l’utilisateur à lancer périodiquement, par exemple tous les mois, ou toutes les semaines, une caractérisation du simulateur de mouvements dans le but d’obtenir le vecteur estimé η des paramètres. Les paramètres estimés sont ensuite stockés dans une base de données. Cette acquisition périodique permet alors de se livrer à des statistiques afin d’observer des tendances concernant l’évolution desdits paramètres estimés.

Le moyen de contrôle du simulateur de mouvements, qui peut être du type microordinateur, peut comporter le générateur de consigne et être configuré pour calculer les paramètres estimés. Dans ce cas, le moyen de contrôle a directement accès à la consigne de vitesse 0 _c(t) ou A _c.(f) et à la consigne d’accélération 0 (f) ou A _c(t) et peut utiliser directement ces données pour les calculs. Par contre, si le générateur de consigne est indépendant du moyen de contrôle du simulateur alors ce dernier peut ne recevoir que la consigne correspondant au signal d’excitation et, dans ce cas, le moyen de contrôle devra calculer à partir de la consigne reçue par le simulateur de mouvements la consigne de vitesse et la consigne d’accélération.

[0235] Le simulateur de mouvements peut comporter un mode maintenance dans lequel les paramètres estimés du simulateur de mouvements et l’évolution de ces paramètres peut être affichés sur un dispositif d’affichage dudit simulateur de mouvements et/ou, dans une version évoluée, une alerte et/ou un diagnostic automatique produit en cas d’anomalie des paramètres estimés.

[0236] De préférence, le simulateur de mouvements qui est sous le contrôle d’un moyen de contrôle à programmation informatique/logiciel pour son fonctionnement, comporte des moyens de comptage temporel et/ou de nombre d’utilisations qui permettent de déclencher périodiquement (en fonction du temps et/ou du nombre d’utilisations depuis la précédente caractérisation) ou de demander le déclenchement par l’utilisateur de la méthode de caractérisation du simulateur de mouvements. Dans une variante, le simulateur de mouvements est connecté sur un réseau informatique, par exemple ETHERNET et/ou INTERNET, et le déclenchement est commandé à distance depuis un serveur distant ayant un moyen de suivi du fonctionnement du simulateur de mouvements.

[0237] On peut prévoir divers modes de fonctionnement en fonction de la présence ou non d’une connexion du simulateur de mouvements sur réseau informatique. Par exemple en mode local, le moyen de contrôle du simulateur de mouvements permet d’exécuter localement la méthode et de calculer en local les paramètres estimés et de faire des comparaisons pour alerte et/ou diagnostic, les résultats, en particulier les paramètres estimés, pouvant éventuellement être transmis à un serveur distant directement si une connexion est disponible ou sinon indirectement, par exemple par déchargement des paramètres estimés mémorisés localement dans une clef USB ou un ordinateur portable d’un technicien d’entretien. En mode distant, un serveur distant exécute la méthode et pour cela reçoit les mesures et reçoit (si le générateur de consigne du simulateur de mouvements est utilisé) ou transmet (si le serveur peut comporter ou simuler un générateur de consigne) le signal d’excitation et, avec les résultats des paramètres estimés calculés par le serveur, le serveur peut faire des comparaisons pour alerte et/ou diagnostic. Dans d’autres variantes de modes mixtes, ces tâches sont partagées entre le simulateur de mouvements et le serveur distant.

[0238] Ainsi, grâce à une telle connexion sur réseau informatique, une exploitation sta23 tistique des paramètres estimés recueillis et mémorisés peut être faite à distance par des équipes de maintenance ou par le constructeur, en vue de détecter le plus tôt possible une anomalie de fonctionnement susceptible d’amener une interruption du fonctionnement du simulateur. Dans des variantes, l’exploitation statistique peut être faite sur site, dans le simulateur de mouvements lui-même ou dans un ordinateur, possiblement portable, relié au simulateur de mouvements.

[0239] Un dispositif d’alerte de l’utilisateur et du constructeur peut donc être prévu en cas d’anomalie sur les paramètres estimés.

[0240] Dans un mode de mise en œuvre avantageux, plusieurs simulateurs de mouvements sont sur des réseaux informatiques et envoient lors des caractérisations les mesures et signaux d’excitation et/ou directement les résultats de calcul des paramètres estimés dans une base de donnée commune sur un serveur distant où la méthode peut être (re)exécutée, possiblement améliorée/affinée pour éventuellement, en retour, mise à jour des programmes de la méthode de caractérisation dans les simulateurs de mouvements, des comparaisons et calculs statistiques peuvent être effectués dans le serveur pour suivi d’une flotte de simulateur de mouvements. Un fabriquant de simulateurs de mouvements pourra donc détecter les problèmes potentiels et les résoudre en amont et sur les nouveaux produits qu’il fabriquera. En outre, la gestion du service après-vente et des contrats d’entretien en sera améliorée.

[0241] Parmi les anomalies détectables et alertes, et à titre d’exemple, une tendance haussière du paramètre A peut laisser supposer qu’un défaut progressif au niveau de ' a l’actionneur ou de son amplificateur est en train de survenir. De même, une tendance haussière des paramètres A A peut laisser présager de l’installation d’un défaut 'ν’ 's au niveau des roulements ou des joints tournants du simulateur de mouvements.

[0242] Lorsqu’une tendance haussière d’un des paramètres est détectée, un message d’alerte est envoyé à l’utilisateur du simulateur de mouvements.

[0243] De même une valeur de /n A ou η significativement différente de la valeur ' a’ ’ v 's nominale du paramètre en question, permet de diagnostiquer une anomalie immédiate sur l’un des organes du simulateur de mouvements et d’envoyer à l’utilisateur un message d’alerte.

[0244] Ces diverses alertes permettent alors à l’utilisateur d’engager une procédure de maintenance préventive et/ou corrective de l’équipement, avant que son fonctionnement ne soit totalement interrompu, ce qui d’un point de vue économique est très appréciable.

[0245] Dans un mode de réalisation avancé, les valeurs estimés des paramètres, η , obtenues périodiquement, sont envoyées via un réseau informatique vers un serveur d’équipes de maintenance ou du constructeur du simulateur de mouvements afin de leur permettre une exploitation statistique des données récoltées, et de détecter une anomalie susceptible de mener à une interruption du simulateur, de préférence sans recourir à l’utilisateur de l’équipement.

Claims

[Revendication 1]

Revendications

Méthode de caractérisation d’un simulateur de mouvements dans laquelle on estime des paramètres liés au fonctionnement dudit simulateur de mouvements, le simulateur de mouvements comportant un ensemble d’axes, chaque axe étant entraîné en rotation ou translation par un organe effecteur recevant un signal de commande U( t ) et comportant au moins un capteur de mesure de la rotation ou de la translation dudit axe permettant de mesurer au moins la position Θ ( t ) angulaire ou λ (t) linéaire dudit axe, chaque organe effecteur d’axe étant dans une boucle de correction fermée reliée par une première entrée, audit au moins un capteur de mesure et produisant, en sortie, le signal de commande U(l ), ladite boucle de correction comportant une seconde entrée de signal destinée à recevoir un signal de consigne pour commander ledit axe, dans laquelle méthode, les paramètres estimés comportent au moins un paramètre sélectionné parmi :

- un paramètre (0 ) dépendant du moment d’inertie sur l’axe et dont l’effet sur le fonctionnement est fonction d’une variable d’accélération angulaire Q ( f ) ou linéaire Λ ( t ) dudit axe,

- un paramètre (0 ) dépendant du coefficient de frottements visqueux sur l’axe et dont l’effet sur le fonctionnement est fonction d’une variable de vitesse angulaire Q ( f ) ou linéaire ( f ) dudit axe, - un paramètre (0 ) dépendant du coefficient de frottements secs sur l’axe et dont l’effet sur le fonctionnement est fonction d’une variable de vitesse angulaire Q ( f ) ou linéaire Λ ( f ) dudit axe,

- au moins un paramètre (0 . ) (0 ,) (0 ) dépendant du coefficient q cj C q S de balourd et dont l’effet sur le fonctionnement est fonction d’une variable de position angulaire Θ ( t ) ou linéaire λ ( t ) dudit axe, et dans laquelle méthode, on effectue une identification dynamique de modèle inverse (IDIM) par la méthode de la variable instrumentale dans laquelle on détermine une matrice instrumentale Z, ladite identification dynamique de modèle inverse (IDIM) s’effectuant sous une excitation de l’axe par un signal d’excitation envoyé dans la seconde entrée de signal, dans laquelle méthode, on acquiert :

- le signal de commande U(t),

- des mesures dudit au moins un capteur de mesure et on calcule des fonctions des mesures acquises, on filtre le signal de commande U(t) acquis, une/des mesures acquises et des fonctions des mesures acquises afin d’obtenir des données correspondantes acquises filtrées, caractérisée en ce que le signal d’excitation est produit par un générateur de consigne calculant une consigne de position Θ _c(t) ou _c(t), une consigne de vitesse 0 _c(t) ou A ,,(f ) et une consigne d’accélération 0 _c( t ) ou A _c(t) qui correspondent au signal d’excitation, et pendant l’excitation on acquiert en outre :

- la consigne de vitesse 0 ) ou A _c(f) et la consigne d’accélération

0 _c(f)ou A _c(t) du générateur de consigne, et on filtre en outre les consignes de vitesse et d’accélération acquises afin d’obtenir des données correspondantes acquises filtrées, on calcule la matrice instrumentale Z en utilisant des variables, lesdites variables étant :

- la consigne d’accélération acquise filtrée 0 ( t ) ou A ( t ) pour ce qui concerne le paramètre (0 ) dépendant du moment d’inertie sur l’axe,

- la consigne de vitesse acquise filtrée 0 ( t ) pour ce qui concerne le paramètre (0 ,,) dépendant du coefficient de frottements visqueux sur l’axe,

- une des fonctions des mesures acquises filtrées pour ce qui concerne le paramètre (0 ) dépendant du coefficient de frottements secs sur l’axe, - au moins une des fonctions des mesures acquises filtrées pour ce qui concerne ledit au moins un paramètre (Π ) (Π (0 ) dépendant du coefficient de balourd, et on estime les paramètres par une méthode de calcul mettant en œuvre la matrice instrumentale Z.

[Revendication 2]

Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capteur de mesure de l’axe permet de mesurer la position angulaire 0(t) ou linéaire Λ ( t ) dudit axe, et en ce que pour le coefficient de balourd, on estime deux paramètres en quadrature, un correspondant à un sinus ( 0 ,) et l’autre au cosinus (0 ) de la position angulaire θ(t), et en ce que les fonctions des mesures dudit capteur de mesure sont choisies [Revendication 3] parmi au moins :

- un calcul de la vitesse angulaire 0 ( f ) ou linéaire A ( t ) à partir de la position angulaire θ(t) ou linéaire À ( t ) mesurée,

- un calcul de l’accélération angulaire 0 (f ) ou linéaire A ( t ) à partir de la position angulaire θ(t) ou linéaire A ( t ) mesurée,

- un calcul de détermination du signe de la vitesse angulaire ou linéaire, cette dernière étant obtenue par un calcul de la vitesse à partir de la position angulaire θ(t) ou linéaire A ( ΐ ) mesurée,

- un calcul de cosinus de la position angulaire 0(t) mesurée,

- un calcul de sinus de la position angulaire 0(t) mesurée.

Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que les mesures sont échantillonnées et numérisées, les calculs des fonctions des mesures sont numériques et le filtrage est un filtrage numérique par un filtre numérique et en ce pour calculer la matrice instrumentale Z on détermine un vecteur ligne / χ ( f ) regroupant les variables, ledit vecteur ligne l ( t ) étant :

Z_z(t) = [ë_cf(r) 0_cf(r) signed (t)) s0 c0_f(t)| dans le cas d’un axe non vertical entraîné en rotation, ou

ΜΟ = [θ Λΐ) Θ _f(t) sign (0(f)) u / L· / r le cas d’un axe vertical entraîné en rotation, ou l_zA ) = sign^A(t)) dans dans le cas d’un axe entraîné en translation, où 0 _c ( f ) A _c^. ( ΐ ) correspondent à la consigne d’accélération acquise filtrée, 0 correspondent à la consigne de vitesse acquise filtrée, sign (Θ ( t ) ) sign , ( A ( t ) ) corf f respondent au filtrage du calcul de détermination du signe de la vitesse angulaire ou linéaire respectivement, C Θ ( t ) correspond au filtrage du calcul de cosinus de la position angulaire et S0 J t ) correspond au filtrage du calcul de sinus de la position angulaire, la matrice Z étant :

d’échantillons.

pour t — 1 /V, où N est le nombre [Revendication 4]

Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la méthode de calcul mettant en œuvre la matrice instrumentale Z utilisée pour estimer les paramétrés correspond a la resolution de λ _ % τ

où la matrice X est la concaténation des vecteurs-lignes l y ( f ) ,

avec

MO =

Θ & f(t) sign^Ô {t)) ^s@ dans le cas d’un axe non vertical entraîné en rotation, ou l_x(t)= Θ^(t) signée (t)) dans le cas l_x(t) = d’un axe vertical entraîné en rotation, ou

dans le cas d’un axe entraîné en translation, et où Θ ^(tcorrespondent au filtrage de l’accélération, Θ ït j /1 /

Λ t j correspondent au filtrage de la vitesse, s îg η ^.(θ ( t ) ) sign (À ( t ) ) correspondent au filtrage du calcul de détermination du signe de la vitesse angulaire ou linéaire respectivement, C Θ i ( t ) correspond au filtrage du calcul de cosinus de la position angulaire et S Θ _f ( 11 correspond au filtrage du calcul de sinus de la position angulaire, et

pour t — 1 N, où N est le nombre ^υ.(^Ν) d’échantillons.

[Revendication 5]

Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les paramètres s’appliquent à un modèle inverse d’un axe de simulateur de mouvements, ledit modèle inverse étant :

r .. f . f f sin (θ + φ\

R Θ ® F K ^s si g η {Θ ) + -p· = U am am am am dans le cas d’un axe non vertical entraîné en rotation, ou

t f f dans le cas d’un Θ + k ^γ Θ + v ^s sign(Ô) - U am ^Λ am am axe vertical entraîné en rotation, ou t f f _y dans le cas d’un K * ⁺ k' À + _k ^s sign U ) - U a m arn a m axe entraîné en translation, où Θ est la position angulaire de l’axe, 0 la vitesse angulaire de l’axe, X la vitesse linéaire de l’axe, 0 l’accélération angulaire de l’axe et Λ l’accélération linéaire de l’axe, K_am est un scalaire, J est le moment d’inertie, f est un coefficient de frottements visqueux, f $ est un coefficient de frottements secs, f est un coefficient de balourd, g Φ est un angle en relation avec la position du centre de gravité par rapport à la verticale et les paramètres sont au moins un de : ^~K_am f_v Έ K_am f, n_s- k ^{A Λ} a m f. Π -K g ^Λ a m ^η qc^etn qs^vériüantn = Jri² + η² et g V g^c g^s/0 \. , n q S 1 φ-αΐαη21η \ ' gc ! [Revendication 6] Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que dans le cas où le paramètre (Π _s) dépendant du coefficient de frottements secs sur l’axe doit être estimé, alors, pendant l’excitation on met en œuvre un signal d’excitation qui ne correspond qu’à un seul sens de rotation de l’axe. [Revendication 7] Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le filtrage est effectué par un filtre passe bande ou passe bas. [Revendication 8] Procédé de surveillance du fonctionnement d’un simulateur de mouvements comportant un ensemble d’axes, chaque axe étant entraîné en rotation ou translation par un organe effecteur recevant un signal de commande U(t) et comportant au moins un capteur de mesure de la

rotation ou de la translation dudit axe permettant de mesurer au moins la position Θ ( t ) angulaire ou Λ ( t ) linéaire dudit axe, chaque organe effecteur d’axe étant dans une boucle de correction fermée reliée par une première entrée, au dit au moins un capteur de mesure et produisant, en sortie, le signal de commande U(t), ladite boucle de correction comportant une seconde entrée de signal destinée à recevoir un signal de consigne pour commander ledit axe, caractérisé en ce qu’on exécute d’une manière répétée au cours du temps la méthode de caractérisation de l’une quelconque des revendications 1 à 7 permettant d’obtenir des estimations des paramètres liés au fonctionnement dudit simulateur de mouvements et qu’on compare entre eux les paramètres estimés obtenus lors des exécutions successives de la méthode et/ou on compare les paramètres estimés obtenus lors d’une exécution de la méthode avec des valeurs nominales de paramètres. [Revendication 9] Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lors de la comparaison, on calcule une différence entre paramètres estimés de deux exécutions de la méthode et en ce qu’on compare par rapport à un seuil ou à une fourchette de valeurs, ladite différence. [Revendication 10] Simulateur de mouvements comportant un ensemble d’axes, chaque axe étant entraîné en rotation ou translation par un organe effecteur recevant un signal de commande U(t) et comportant au moins un capteur de mesure de la rotation ou de la translation dudit axe permettant de mesurer au moins un de la position Θ ( t ) ou Λ ( t ) , de la vitesse Θ (t) ^ou λ ( t ) > de l’accélération 0 (t) ^ou Λ (t ) angulaires ou linéaires respectivement dudit axe, chaque organe effecteur d’axe étant dans une boucle de correction fermée reliée par une première entrée, au dit au moins un capteur de mesure et produisant, en sortie, le signal de commande E7(t), ladite boucle de correction comportant une seconde entrée de signal destinée à recevoir un signal de consigne pour commander ledit axe, caractérisé en ce qu’il comporte un moyen de contrôle configuré pour exécuter la méthode de caractérisation de l’une quelconque des revendications 1 à 7 ou le procédé de surveillance de l’une quelconque des revendications 8 et 9. [Revendication 11] Système de gestion d’un ensemble de simulateurs de mouvements comportant chacun un ensemble d’axes, chaque axe étant entraîné en rotation ou translation par un organe effecteur recevant un signal de commande U(t) et comportant au moins un capteur de mesure de la rotation ou de la translation dudit axe permettant de mesurer au moins la

position Θ ( t ) angulaire ou A ( t ) linéaire dudit axe, chaque organe effecteur d’axe étant dans une boucle de correction fermée reliée par une première entrée, au dit au moins un capteur de mesure et produisant, en sortie, le signal de commande U(t), ladite boucle de correction comportant une seconde entrée de signal destinée à recevoir un signal de consigne pour commander ledit axe, caractérisé en ce que les simulateurs de mouvements comportent des moyens de contrôle et sont connectés à un réseau informatique relié à un serveur distant, les simulateurs de mouvements et le serveur pouvant échanger des données, ledit serveur distant comportant des moyens informatiques, et en ce que les moyens de contrôle des simulateurs de mouvements et les moyens informatiques du serveur sont configurés pour exécuter :

- la méthode de caractérisation de l’une quelconque des revendications 1 à 7 permettant d’obtenir des estimations des paramètres liés au fonctionnement desdits simulateurs de mouvements, ou

- le procédé de surveillance de l’une quelconque des revendications 8 et 9, et en ce que les paramètres estimés sont stockés dans le serveur.