Caméra Gimbal ZR10

La caméra ZR10 est destinée à équiper des drones. Elle est dotée d’un système de stabilisation actif à 3 axes structurés en cardan (gimbal).

 

Vous répondrez aux questions sur un document texte (MS Word, LibreOffice Writer ou Texte Cryptpad).

La présentation doit être claire, concise, soignée, et comporter des captures d’écran et photos pertinentes.

 

Présentation

 

 

Les 3 axes du mouvement

Les différents solides

Châssis

Bras Lacet-Roulis

Bras Roulis-Tangage

Caméra

 

 

 

Travail demandé

Analyse inertielle du mécanisme

Consulter l’article sur la notion d’inertie de solide

 

Depuis la maquette volumique Onshape, et pour chacun des axes de mouvement (tangage, roulis et lacet), relever (captures d’écran) les matrices d’inertie des systèmes matériels en mouvement.

 

Montrer que les axes des mouvements sont confondus avec les axes principaux d’inertie des systèmes matériels en mouvement. Expliquer quel avantage cela constitue dans le cas de ce système.

 

Relever les valeurs des moments d’inertie des systèmes matériels en mouvement pour chacun des axes de mouvement (tangage, roulis et lacet).

Tangage :

×

Roulis :

×

Lacet :

×

 

 

Simulation avec un modèle multiphysique

  • Télécharger le modèle multiphysique du système : Gimbal_ZR10.zip
  • Dézipper l’ensemble dans votre dossier de groupe.
  • Ouvrir le modèle : Gimbal.slx

Le modèle proposé est constitué de :

 

La commande de l’axe Lacet est réalisée par asservissement :

  • Une centrale inertielle, placée sur la caméra, mesure la position angulaire (ici, l’angle de Lacet mesuré) de cette dernière dans un référentiel absolu,
  • Cet angle mesuré est comparé à la consigne (ici, un échelon d’angle de 90°),
  • L’écart angulaire permet d’élaborer un signal de commande du moteur de lacet (ici une tension d’alimentation).

 

Lancer une simulation et relever le temps de réponse à 1% du système : le temps que met la caméra pour atteindre l’angle de consigne avec un écart inférieur à 1%. (il est conseillé d’utiliser l’outil curseur du Scope : Tools/Measurements/CursorMeasurements ou )

ATTENTION, l’échelon démarre à 0,1s du temps de simulation !

×

 

 

Détermination expérimentale d’un moment d’inertie

Le système n’est pas dans le laboratoire de SI, mais son modèle multiphysique peut quand même permettre de déterminer un protocole qui permettrait de mesure l’inertie d’un solide en mouvement de rotation.

En écrivant le Principe Fondamental de la Dynamique, appliqué à l’ensemble des solides en mouvement selon l’axe de Lacet, déterminer l’expression du moment d’inertie de ce solide en fonction des paramètres du mouvement et des actions mécaniques exercées sur cet ensemble.

 

En utilisant les blocs supplémentaires proposés sur le modèle multiphysique, compléter le modèle de manière à calculer le moment d’inertie, relancer la simulation et relever sa valeur. Vérifier sur le scope la « stabilité » de la valeur de ce moment d’inertie (utiliser l’outil de zoom vertical ).
×

 

Réglage de la commande de mouvement

Régler progressivement les paramètres Proportional (P) et Derivative (D) du bloc Commande Lacet/PID Controller, jusqu’à obtenir un temps de réponse à 1% inférieur à \(0,3\;\text{s}\), sans dépassement, toujours pour une consigne en échelon de 90°.

 

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