Système de capture et de contrôle des données aérodynamiques pour la soufflerie de Mondragon Unibertsitatea

« La grande polyvalence des produits NI a été essentielle pour s'adapter aux besoins du projet. La solution dote le système d'un contrôle automatisé des mouvements intégré au suivi des données acquises, répondant ainsi aux objectifs fixés en début de projet. – Iván Torrano, Université de Mondragon

Le défi

Développer un système de capture et de suivi des données aérodynamiques combiné à un contrôle de positionnement 4 axes. Les informations sont surveillées en temps réel pendant qu'elles sont stockées pour une analyse ultérieure. Le positionnement du capteur de vitesse doit être commandé dans trois directions et le modèle à analyser doit tourner, faisant ainsi varier l'angle d'incidence par rapport à la direction du vent.
La solution
L'utilisation du contrôleur NI cRIO-9031 conjointement avec le module d'interface 4 axes SISU 1004 s'est avérée être une solution efficace pour effectuer le contrôle du système de positionnement. De plus, l'utilisation d'une architecture de projet NI LabVIEW a permis l'intégration de l'acquisition de données effectuée dans un châssis NI cDAQ-9174 avec contrôle de mouvement dans le même environnement graphique.

Introduction

Les souffleries sont la technique expérimentale la plus courante dans le domaine de l'aérodynamique et sont utilisées pour étudier le comportement d'un corps sous l'action du vent. Il existe de nombreux systèmes de mesure qui permettent d'obtenir des données sur la pression, la vitesse et les forces de résistance exercées par le vent sur l'objet d'étude. Le positionnement correct des capteurs de vitesse et de pression et du modèle lui-même est d'une importance vitale pour garantir la répétabilité et la précision des données obtenues. La solution adoptée à l'aide des logiciels et du matériel NI offre robustesse et fiabilité au système de contrôle de mouvement. De plus, la facilité et la rapidité de configuration de l'équipement d'acquisition de données réduisent les temps de configuration de chaque test.

Objectifs

L'objectif principal est de développer un système répondant à deux conditions : 1. Contrôler le positionnement des capteurs et/ou du modèle pour étudier rapidement et précisément différentes positions et configurations. 2. Surveillez et enregistrez les données des capteurs de vitesse, de pression, de température et de la balance dynamométrique. Enfin, il est prévu d'intégrer ces deux fonctionnalités dans un même environnement pour faciliter l'utilisation du système d'acquisition et de contrôle.

Description du système d'acquisition et de contrôle

La figure 1 donne un aperçu de la soufflerie. Dans la partie centrale, vous pouvez voir la zone de test où le modèle est installé. Dans la partie supérieure, il y a un système de guidage à 3 axes. Chaque axe est piloté par un moteur pas à pas Nema 23 avec un driver intégré de la série NI ISM 7400 qui permet de positionner le capteur de vitesse (sonde de Pitot ou anémomètre à fil chaud) en tout point (x,y,z) de l'espace. Dans la partie inférieure de la zone de test, un quatrième moteur entraîne une plaque de séparation qui permet de faire pivoter le modèle selon différents angles d'incidence. Le balancier dynamométrique est monté sur le plateau indexeur qui mesure les forces de résistance transmises à travers le support du modèle.

Matériel

La figure 2 montre schématiquement le système d'acquisition et de contrôle. Le contrôleur embarqué NI cRIO-9031 est responsable du contrôle en temps réel des moteurs avec le module d'interface 4 axes SISU 1004. Chaque moteur est alimenté par une alimentation NI PS-12 et est connecté au SISU 1004 via des bornes SISU RJ-45 De plus, il existe un châssis NI cDAQ-9174 à 4 emplacements qui se connecte via USB au PC. Pour acquérir les signaux provenant des capteurs qui utilisent les modules suivants ; NI 9215 pour la sonde Pitot, NI 9201 pour l'équilibre de couple et NI 9219 pour le capteur de température RTD et l'anémomètre.

Logiciels

Les programmes suivants ont été utilisés : – NI LabVIEW : la structure du projet a permis au cDAQ et au cRIO de communiquer avec le PC, générant un environnement graphique unique à partir duquel le mouvement est contrôlé pendant que les résultats sont surveillés. La programmation du code par l'utilisation d'une machine d'état permet la synchronisation des tâches. Par exemple, la figure 3 montre le projet généré dans lequel différents états sont synchronisés tels que ; Lire la coordonnée à partir d'un fichier texte, se déplacer vers ladite coordonnée, acquisition de données, etc. Ainsi, le procédé peut être automatisé pour réaliser des contours de vitesse 2D, des études de couche limite, mesurer l'évolution de la turbulence de sillage développée par l'objet d'étude ou tout autre balayage dans l'espace. – NI LabVIEW Real-Time et NI Lab-VIEW FPGA : Ces plates-formes sont essentielles pour compiler les trajectoires générées et effectuer le contrôle et le retour en temps réel des moteurs. – NI SoftMotion : La bibliothèque de mouvements programmés pour le développement simplifié du profil de mouvement a été très utile pour le développement de trajectoires prédéfinies. Il facilite grandement la configuration des axes, ce qui signifie une configuration simple du système. De plus, la possibilité de simuler ces trajectoires dans des axes virtuels Solidworks permet de vérifier à l'avance qu'il n'y a pas de collisions avec le modèle ou avec les parois de la soufflerie.

Conclusions

La grande polyvalence des produits NI a été essentielle pour s'adapter aux besoins du projet. La solution fournit au système un contrôle automatisé des mouvements intégré au suivi des données acquises, remplissant ainsi les objectifs fixés au départ.