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Author Topic: Sun-Tracking : Pilotage de 12 Moteurs PAP avec un PC  (Read 2623 times)
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Bonjour,
 
Je souhaiterai commander ou asservir la position angulaire un système de sun-tracking, pivotant autour d’un seul axe de rotation, par l’intermédiaire d’un PC (pour coder, compiler et transférer le programme et pour afficher sur le PC la position angulaire réelle de mes éléments en rotation), d’un circuit de commande et de moteur. En faite il y a 12 dispositifs de tracking identiques couplés chacun à un seul moteur, mais leurs consignes de position angulaire de son pas les mêmes.
La rotation d’un élément est fonction de la course du soleil et de plusieurs paramètres fixés au préalable propre à chacun des douze éléments.
L’idée est qu’au départ on place tout les éléments dans une position de référence (ce qui impose une position angulaire à chaque arbre des moteurs) qui est prise pour « zéro ». Ensuite on demande à chaque moteur de pivoter d’un nombre « x » de degré par rapport à la position de référence.
Le nombre « x » de degré est égale à une fonction propre à chaque moteur, dépendant de l’horloge du PC et d’autre paramètre. Autrement dit, à tel jour de l’année et à tel heure de la journée les moteurs doivent avoir un positionnement angulaire précis.

Il y a deux vitesses de rotation :
- une pour le tracking : La vitesse de rotation des éléments entrainés par les moteurs son très lente (un demi-tour par jour). Par contre le couple est important quelques kilos pour un bras de levier d’un centimètre.
- Une pour le retour en position initiale.
 
J’ai pensé que le programme pourrait avoir la structure suivante (juste des phrases de description du programme):

Initialisation de la position de référence des moteurs :
La position actuelle de chacun des moteurs correspondent au dégré 0
 
Initialisation des paramètres des fonctions commandant la position angulaire de chaque moteur :
Paramètres moteur 1 :
a1 :=…
b1 :=…
 …
Paramètres moteur 2 :
a2 :=…
b3 :=…

Etc.…
 
Commande en position angulaire de chaque moteur :
Boucle :
 Position angulaire du moteur 1 = Fonction du temps moteur 1 ( horloge de l’ordinateur, paramètres moteur 1)
 Position angulaire du moteur 2 = Fonction du temps moteur 2 ( horloge de l’ordinateur, paramètres moteur 2)
 […]
Position angulaire du moteur 12 = Fonction du temps moteur 12 ( horloge de l’ordinateur, paramètres moteur 12)
 Temporisation de quelques secondes
 Fin de la boucle

Important : la boucle est lue indéfiniment jusqu’à l’arrêt du programme par l’utilisateur.
 
Vous l’aurez compris à chaque pas de temps, définit par la temporisation, le programme calcul une nouvelle valeur de la position angulaire de chaque moteur par le biais de la fonction du temps (qui évoluent en fonction de l’horloge de l’ordinateur) et ordonne à chaque moteur ce se positionner en suivant cette valeur. En modulant la temporisation je devrais arriver à avoir un suivi plus ou moins fin.

Pour réaliser se projet, j’ai pensé utiliser des moteurs pas à pas avec une résolution inférieur à 1.8° en utilisant une gestion des « demi-pas » ou en utilisant un moteur couplé à un réducteur planétaire (pour gagner en couple).
En gros je veux un PC et un seule programme qui commande les 12 moteurs PAP. Entre les deux je ne sais pas trop quoi mettre comme circuit de commande. J’ai vu sur un forum que je pouvais utiliser une carte Arduino Duemilanove ou Mega et une carte contrôleur pour chaque moteur PAP.

Est-ce que la carte Arduino Duemilanove ou Mega peut accueillir 12 cartes contrôleurs ? Quelle carte controleur choisir ? Utilisant une carte Arduino, je devrai utiliser le logiciel Arduino pour l’écriture du programme. Est-ce les fonctionnalités du programme Arduino me permettent de réaliser le programme dessus ? Avec avez-vous une autre solution de commande pour mon projet ?
 Comme écrit plus haut je voudrai également vérifier la position angulaire des éléments entrainés en rotation sur le PC. Quel capteur dois-je utiliser ? Quelle électronique dois-je utiliser pour faire afficher les mesures sur le PC ?
 
Voila, j’espère avoir été claire. Je vous remercie par avance pour votre aide.
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Voila, j’espère avoir été claire. Je vous remercie par avance pour votre aide.
bonjour
reflexion rapide
est ce que la motorisation par PAP est vraiment la meilleure solution ?
Vous avez déjà les moteurs PAP ou vous en ete encore au stade de la reflexion ?

la course max est sur 180° d'apres ce que j'ai lu, parcours solaire est ouest ?
c'est pour faire de la focalisation ?

La precision angulaire tolérée est de quel ordre ?

à chaud je me tournerais plutôt vers un asservissement en position du genre servo, soit directement avec des servo gerant le couple demandé
soit en faisant de l'adaptation mécanique (motoreducteur et recopie potentiometrique)
dans les 2 cas une arduino mega semble pouvoir gerer le "challenge"
 
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Celtic Kingdom
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(...
Est-ce que la carte Arduino Duemilanove ou Mega peut accueillir 12 cartes contrôleurs ? Quelle carte controleur choisir ? Utilisant une carte Arduino, je devrai utiliser le logiciel Arduino pour l’écriture du programme. Est-ce les fonctionnalités du programme Arduino me permettent de réaliser le programme dessus ? Avec avez-vous une autre solution de commande pour mon projet ?
 Comme écrit plus haut je voudrai également vérifier la position angulaire des éléments entrainés en rotation sur le PC. Quel capteur dois-je utiliser ? Quelle électronique dois-je utiliser pour faire afficher les mesures sur le PC ?
 
Voila, j’espère avoir été claire. Je vous remercie par avance pour votre aide.
Bonjour,

Une Arduino type Mega peut faire l'affaire question nombre de voies. Avec une 2009 ou une Uno il faudra prévoir un multiplexage.
Le choix de l'interface de pilotage sera fonction des moteurs choisis.
Pour le programme, pas de soucis avec Processing. Il y a de quoi faire un panneau de contrôle/monitoring.
Et pour le capteur angulaire, si le choix est porté sur les moteurs PàP il possible de compter le nombre de pas, sinon utiliser un encodeur angulaire (pour 1° de résolution on en trouve facilement).

Sinon, c'est pour un four solaire ? (coïncidence des rayons sur un four) Ou c'est pour du photovoltaïque/thermique sur les panneaux ?

PS. Le Soleil a une course de plus de 180° entre équinoxe du printemps et de l'automne.
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Bonjour à tous et merci pour vos réponses.

Pour être plus claire sur ce que souhaite faire, je veux réaliser un système de tracking pour un capteur linéaire de Fresnel. Ainsi les miroirs servent bien à focaliser les rayons lumineux mais ils ne sont pas commandés pour que leurs plans soient constamment normaux aux rayons incidents du soleil. C'est un peut plus compliquer. Bref 180° par jour, c’est un ordre de grandeur, ce qui est sur c'est que les miroirs ne font pas plus d'un tour par jour. De plus la vitesse, qui est fonction de la course apparente du soleil, n’est pas constante.
Je ne suis qu'au stade de la réflexion et le choix d'utiliser des moteur pap n'est pas arrêté (je n'ai rien pour l'instant). On me les a conseillé car ils sont simples à commander et peu chères.

Pour la précision angulaire, je sais que les meilleurs trackers solaires ont une précision inférieure à 0.02 degré. Je sais aussi qu'il existe des moteurs PAP couplé à un réducteur planétaire capable de fournir une précision de 0.018 degré, c'est vers ces moteurs que je pensais m'orienter http://www.robotshop.com/geared-bipolar-stepper-motor-3v-555-oz-in.html.
Pour la Arduino type Mega, c'est OK je partirai la dessus. Mais pour l'interface entre cette carte et chacun des moteurs (PAP ou servo)...

Par exemple pour le moteur décrit dans le lien au-dessus, quel carte de contrôle (ou interface) pourrait faire l'affaire?
Si j'utilise un servomoteur, que dois-je prévoir?

Merci pour par avance pour vos réponses.
« Last Edit: March 06, 2012, 12:56:16 am by Jean-François » Logged

Celtic Kingdom
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Ok, donc il te faudra 2 moteurs par panneau ?
(pour la rotation en azimuthe mais aussi en altitude)

Pour la précision, si tu n'utilises pas de capteur angulaire il faudra penser à gérer le backlash de la moto-réduction dans la programmation si tu veux que cela soit de l'ordre de la minute d'arc. A moins que tu aies prévu de contrôler finement l'orientation des panneaux en fonction d'où sont renvoyé les rayons du Soleil (capteurs sur la cible) ?

Pour l'interface de pilotage des moteurs, en partant sur celui que tu pointes, il te faudra quelque chose en 3V et pouvant délivrer 2A par moteur (2A, au minimum, et thermiquement assez stable si c'est placé en plein Soleil toute la journée). Tu comptes la (les) fabriquer toi-même ? Et il faudra aussi tenir compte de la taille des panneaux et donc de la distance à laquelle se trouveront les moteurs de l'Arduino.
Peut-être qu'une motorisation >3V (et <<2A, pour le même couple) serait plus facile à mettre en oeuvre ?

Sympa' comme projet en tout cas -.^
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Reboujour ekaki,

Non il faut qu'un seul moteur. La rotation se fait en fonction d'un angle qui est une conbinaison entre azimute et la hauteur solaire. A la maniere du cylindro-parabolique.
Quand tu parle de "backflash" de la moto-réduction, tu veux dire qu'il faut inclure le rapport de reduction dans le programme?
Pour l'instant il n'est pas prévue de réajustement en temps réel avec un capteur sur la cible (pour l'instant).
Je pense à mettre une serie de capteur sur la cible mais le niveau de rayonnement est trop élevé (rauonnement concentré environs 10 000 W/m2) et je crois que les capteurs standards (photoresistance ou photodiode) saturent à ce niveau (et même grillent). 

Pour l'interface, si je peux trouver un truc "tout fait" c'est mieu. Est-ce tu connais un fourniseur sur internet qui commercialise ce genre de carte?

Merci
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Reboujour ekaki,

Non il faut qu'un seul moteur. La rotation se fait en fonction d'un angle qui est une conbinaison entre azimute et la hauteur solaire. A la maniere du cylindro-parabolique.
Quand tu parle de "backflash" de la moto-réduction, tu veux dire qu'il faut inclure le rapport de reduction dans le programme?
Pour l'instant il n'est pas prévue de réajustement en temps réel avec un capteur sur la cible (pour l'instant).
Je pense à mettre une serie de capteur sur la cible mais le niveau de rayonnement est trop élevé (rauonnement concentré environs 10 000 W/m2) et je crois que les capteurs standards (photoresistance ou photodiode) saturent à ce niveau (et même grillent). 

Pour l'interface, si je peux trouver un truc "tout fait" c'est mieu. Est-ce tu connais un fourniseur sur internet qui commercialise ce genre de carte?

Merci


bonjour
projet ambitieux et intéressant
comme pour tout il faut faire des compromis, les principaux "defauts"  des moteurs pas à pas c'est qu'il n' y a pas de boucle d'asservissement fermée (on envoie l'ordre de déplacement mais on ne sait pas si cet ordre à été correctement exécuté) .
et la partie puissance (carte de commande).
compte tenu des resultats attendus/esperés , du budget, c'est typiquement le projet où il ne faut pas se precipiter sur un choix d'actuator
que l'on regrette plus tard.
Il est AMHA préférable de tester sur un miroir plusieurs solutions de positionnement, d'en tirer les conséquences et seulement ensuite valider le projet global.

C'est dans le cadre d'un travail d’étude ou c'est à destination "commerciale"
les contraintes financières de l’étude de projet ne sont pas les même.

et en dehors de l'aspect électronique commande de position, il y a une composante mécanique qui ne doit pas être ignorée.

pour similitude :
je serais curieux de connaitre la precision de positionnement angulaire, le taux max de rafraichissement de position des heliostats d'Odeillo et la motorisation employée.





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Bonjour Artouste,

C'est un travail d'étude. Effectivement je testerai le pilotate sur un seul miroir et si cela est concluant, je passerrai au prototype entier.
La partie mécanique sera d'abord modélisé sur ordinateur avec Autodesk Inventor. Je renterai le caratéristique du moteur retenu (dimension, couple, vietesse).

Moi aussi je serai curieu de connaitre comment fonctionne le systeme de tracking des grande centrale comme Odeillo.
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Bonjour Artouste,

C'est un travail d'étude. Effectivement je testerai le pilotate sur un seul miroir et si cela est concluant, je passerrai au prototype entier.
La partie mécanique sera d'abord modélisé sur ordinateur avec Autodesk Inventor. Je renterai le caratéristique du moteur retenu (dimension, couple, vietesse).

Moi aussi je serai curieu de connaitre comment fonctionne le systeme de tracking des grande centrale comme Odeillo.

ce qui est déjà acquis pour odeillo c'est ça :  smiley-cool
Le champ d'héliostats  est commandé et surveillé depuis la tour par un dispositif d'asservissement à coordonnées calculées en boucle ouverte.

Je vais indirectement poser qq questions sur la motorisation , mais compte tenu des contraintes , je penche plus sur de la motorisation classique, encodeur en quadrature et surtout ensemble commande/puissance sur chaque heliostat.
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Celtic Kingdom
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Reboujour ekaki,

Non il faut qu'un seul moteur. La rotation se fait en fonction d'un angle qui est une conbinaison entre azimute et la hauteur solaire. A la maniere du cylindro-parabolique.
Heu.. Mais comment tu suis le Soleil verticalement ? Avec un système fixe cela ne va fonctionner que quelques jours par an.
Ou alors ton four va se déplacer verticalement ? (cela me semble "compliqué")

Quand tu parle de "backflash" de la moto-réduction, tu veux dire qu'il faut inclure le rapport de reduction dans le programme?
Le backlash est le jeu inhérent à tout système mécanique de réduction par pignons. Il va y avoir un moment de "flottement" entre l'instant où le moteur va être mis en fonction et le moment ou l'arbre final de l'étage de réduction va entrer en mouvement.

Pour l'instant il n'est pas prévue de réajustement en temps réel avec un capteur sur la cible (pour l'instant).
Je pense à mettre une serie de capteur sur la cible mais le niveau de rayonnement est trop élevé (rauonnement concentré environs 10 000 W/m2) et je crois que les capteurs standards (photoresistance ou photodiode) saturent à ce niveau (et même grillent). 
C'est pour cela que je posais la question; sur la cible il va falloir un capteur assez sophistiqué...

Pour l'interface, si je peux trouver un truc "tout fait" c'est mieu. Est-ce tu connais un fourniseur sur internet qui commercialise ce genre de carte?

Merci

Il y a des fournisseurs qui font ce genre de carte, mais ce n'est pas donné (gloups !).
Je ne sais pas quel est ton enveloppe budgétaire mais cela risque d'être un projet onéreux si tu achètes du "tout fait".
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projet ambitieux et intéressant
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comme pour tout il faut faire des compromis, les principaux "defauts"  des moteurs pas à pas c'est qu'il n' y a pas de boucle d'asservissement fermée (on envoie l'ordre de déplacement mais on ne sait pas si cet ordre à été correctement exécuté) .
Si le pilotage est bien réalisé, on peut justement savoir de combien se déplace un moteur PàP car on sait de combien de pas on lui demande de tourner.
C'est l'avantage des moteurs PàP.

Par contre c'est sur, il ne faut pas que cela loupe des pas etc.
C'est pour cela que je précise "pilotage bien réalisé".

A noter qu'avec des systèmes "amateurs" ont peu facilement atteindre une précision de positionnement de 1' d'arc sur un mouvement de 360° absolu avec positionnement initial déterminé, et ceci sur deux axes.

et la partie puissance (carte de commande).
compte tenu des resultats attendus/esperés , du budget, c'est typiquement le projet où il ne faut pas se precipiter sur un choix d'actuator
que l'on regrette plus tard.
Il est AMHA préférable de tester sur un miroir plusieurs solutions de positionnement, d'en tirer les conséquences et seulement ensuite valider le projet global.
+1

(...)
et en dehors de l'aspect électronique commande de position, il y a une composante mécanique qui ne doit pas être ignorée.

pour similitude :
je serais curieux de connaitre la precision de positionnement angulaire, le taux max de rafraichissement de position des heliostats d'Odeillo et la motorisation employée.
+1
Tout en sachant que cela va être fonction de la distance entre les panneaux et le four, ainsi que de la taille des éléments respectifs.
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Salut ekaki,

Pour répondre à ta question sur le nombre de moteur par miroir voici une video .

A+

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Bonjour Artouste,

C'est un travail d'étude. Effectivement je testerai le pilotate sur un seul miroir et si cela est concluant, je passerrai au prototype entier.
La partie mécanique sera d'abord modélisé sur ordinateur avec Autodesk Inventor. Je renterai le caratéristique du moteur retenu (dimension, couple, vietesse).

Moi aussi je serai curieu de connaitre comment fonctionne le systeme de tracking des grande centrale comme Odeillo.
petit retour d'info
selon ma source :les helostats d'odeillo sont commandes par motoreducteur CC et le contrôle d'asservissement est fait par codeur inductif sur pignon.
genre ça
http://www.posic.ch/d2wfiles/document/316/163/0/ID1101G-Codeur-pour-pignon.pdf

pour la petite histoire , à l'origine les helisotats etaient commandés par verins hydraulique
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Salut à tous,

J'ai cru comprendre qu'il est plus difficile de piloter de moteur CC pour un tel usage.
Pour revenir sur la question coût, je vondrai simuler la partie de commande (comme pour la partie mécanique) pour tester si tout "s'emboitent" bien avant d'acheter les composants. Est-ce que cela est faisable, si oui quels logiciels me conseillez-vous (gratuit ou payant)?
Effectivement acheter un circuit en piéce détaché c'est moins chère, lorsque l'on achette un carte en kit, comment cela se passe? La carte est déja perforée? Il y a un plan de montage? Si c'est que ca je peux trouver une personne qui me l'assemble sur place avant que je me fasse la main avec le fer à sondé.
Autre question, j'ai vu sur un autre forum que pour mon projet j'ai besoin d'utiliser un circuit "Real Time Clock" avec une interface I2C, je ne peux pas utiliser l'horloge interne de mon ordi?

Merci
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Salut à tous,

J'ai cru comprendre qu'il est plus difficile de piloter de moteur CC pour un tel usage.

Tout s'evalue en fonction du cahier des charges
mais en rapide reflexion là
vitesse de sortie lente, sollicitation temporelle d'inversion de sens = quasi nulle (si tout se passe bien un retour "pepere" à la niche par jour smiley-cool
Perso je trouve plus simple ici de piloter du CC demultiplié que du PAP, mais ce n'est que mon ressenti.
Il suffit "juste" d'avoir accouplé qq part sur la chaine mécanique (le mieux est au plus près de l’élément à déplacer) un compteur de top pour l'asservissement.  (voir même un simple capteur potentiométrique)
Quote
Pour revenir sur la question coût, je vondrai simuler la partie de commande (comme pour la partie mécanique) pour tester si tout "s'emboitent" bien avant d'acheter les composants. Est-ce que cela est faisable, si oui quels logiciels me conseillez-vous (gratuit ou payant)?
Effectivement acheter un circuit en piéce détaché c'est moins chère, lorsque l'on achette un carte en kit, comment cela se passe? La carte est déja perforée? Il y a un plan de montage? Si c'est que ca je peux trouver une personne qui me l'assemble sur place avant que je me fasse la main avec le fer à sondé.
là je laisse la main à d'autres, mais in fine il s'agit "simplement" de calculer ce qui doit etre fait pour chacun des miroirs comme deplacement

Quote
Autre question, j'ai vu sur un autre forum que pour mon projet j'ai besoin d'utiliser un circuit "Real Time Clock" avec une interface I2C, je ne peux pas utiliser l'horloge interne de mon ordi?
Merci

Si c'est ton pc "à l'heure" qui effectue les calculs de déplacement en fonction des éphémérides et qu'il envoie régulièrement simplement l'ordre de déplacement au contrôleur(s) des moteurs , le contrôleur n'a pas besoin de savoir quelle "heure il est", tout ce qu'on lui demande c'est d’exécuter ce qu'on lui demande :
simple exemple
moteur 1 , déplacement de 2 tops
moteur 2 , de 3
....
moteur 11 de 9
moteur 12 de 10

si le controleur doit tourner en autonome c'est alors une autre histoire, et il n'y a pas qu'une solution.
« Last Edit: March 07, 2012, 08:37:55 am by Artouste » Logged

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