Les observateurs d'état sont généralement recommandés par rapport aux capteurs physiques supplémentaires car ils découplent les performances du système de la fragilité du matériel. Dans les systèmes électrohydrauliques asservis complexes, le recours à des algorithmes plutôt qu'à des composants physiques réduit considérablement les coûts de déploiement et élimine les risques de fiabilité associés à l'installation d'électronique sensible dans des environnements industriels difficiles.
Alors qu'une rétroaction d'état complète nécessite idéalement des données sur la pression, le déplacement et la vitesse, l'obtention de ces informations via des capteurs physiques crée un point de défaillance coûteux et nécessitant beaucoup d'entretien. Les observateurs d'état contournent ces limitations en utilisant des algorithmes en temps réel pour calculer les états du système, offrant une solution plus stable et plus rentable que les configurations lourdes en matériel.
La responsabilité des conceptions lourdes en matériel
Coûts et complexité croissants
Pour obtenir un contrôle précis de la rétroaction d'état complète, un ingénieur doit théoriquement installer des capteurs spécifiques pour la pression, le déplacement et la vitesse.
Dans un cadre industriel complexe, il ne s'agit pas seulement d'un coût de composant ; c'est un défi d'intégration. Un nombre excessif de capteurs augmente considérablement la complexité du câblage, créant une infrastructure physique dense coûteuse à installer et difficile à dépanner.
Le fossé de fiabilité dans les environnements difficiles
Les environnements industriels sont rarement propres ou statiques ; ils sont souvent définis par les vibrations, les fluctuations de température et les contaminants.
Les capteurs physiques ont une fiabilité considérablement plus faible dans ces conditions difficiles. La défaillance d'un seul capteur due au stress environnemental peut compromettre toute la boucle de contrôle, entraînant un temps d'arrêt du système qui dépasse la précision théorique du capteur lui-même.
L'avantage stratégique des observateurs d'état
Calcul algorithmique en temps réel
Les observateurs d'état remplacent le besoin de mesure physique par une estimation computationnelle.
En utilisant des algorithmes avancés, le système peut calculer les états nécessaires (tels que la pression interne ou la vitesse) en temps réel. Cela "virtualise" essentiellement le capteur, fournissant au contrôleur les données dont il a besoin sans l'empreinte physique.
Stabilité et rejet d'interférences améliorés
Au-delà de la simple réduction des coûts, les observateurs d'état offrent souvent des caractéristiques de performance supérieures dans les environnements bruyants.
La référence principale note que l'utilisation d'observateurs améliore la capacité anti-interférence du système de contrôle. Parce que les données sont dérivées d'un modèle mathématique plutôt que d'un signal électrique brut et bruyant, la boucle de contrôle résultante est souvent plus stable et plus robuste contre les perturbations externes.
Comprendre les compromis
Dépendance à la précision du modèle
Bien que les observateurs résolvent les problèmes matériels, ils introduisent une dépendance au modèle mathématique du système.
Si les paramètres du système (tels que la viscosité du fluide hydraulique ou les coefficients de friction) changent considérablement et que le modèle de l'observateur ne s'adapte pas, les états calculés peuvent dériver de la réalité.
Charge de calcul
Remplacer les capteurs par des algorithmes déplace le fardeau de l'installation mécanique vers le traitement informatique.
L'unité de contrôle doit disposer d'une puissance de traitement suffisante pour exécuter ces algorithmes complexes d'estimation d'état en temps réel sans introduire de latence susceptible de déstabiliser le système asservi.
Faire le bon choix pour votre projet
Lors de la conception de systèmes électrohydrauliques asservis, le choix entre l'ajout de capteurs ou la mise en œuvre d'observateurs dépend de vos contraintes principales.
- Si votre objectif principal est la fiabilité : Privilégiez les observateurs d'état pour éliminer les points de défaillance physiques susceptibles de se casser dans des environnements difficiles.
- Si votre objectif principal est l'efficacité des coûts : Utilisez des observateurs d'état pour réduire le devis et simplifier l'architecture du faisceau de câblage.
- Si votre objectif principal est la stabilité du système : Mettez en œuvre des observateurs d'état pour améliorer les capacités anti-interférence et lisser les boucles de rétroaction bruyantes.
En déplaçant le fardeau de la mesure du matériel vers le logiciel, vous créez un système plus léger, plus robuste et plus viable économiquement.
Tableau récapitulatif :
| Caractéristique | Capteurs physiques | Observateurs d'état |
|---|---|---|
| Profil de coût | Élevé (Matériel + Câblage) | Faible (Basé sur logiciel) |
| Fiabilité | Sensible aux environnements difficiles | Élevée (Pas d'usure physique) |
| Interférence | Sujet au bruit électronique | Capacité anti-interférence élevée |
| Maintenance | Calibration/remplacement fréquent | Mises à jour basées sur modèle |
| Contrainte clé | Fragilité du matériel | Charge de calcul et précision du modèle |
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Références
- Xiaoyu Su, Xinyu Zheng. Sliding mode control of electro-hydraulic servo system based on double observers. DOI: 10.5194/ms-15-77-2024
Cet article est également basé sur des informations techniques de Kintek Press Base de Connaissances .
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