Le diagramme de bloc interne ci-dessous représente les chaînes d’information et de puissance associées à l’exigence principale d’un pilote automatique (électrique) de voilier, exigence consistant à barrer automatiquement le voilier de manière à maintenir un cap spécifié.
1. Identification des constituants et des fonctions réalisées par ces derniers :
Plusieurs points de repère existent : la fonction « Convertir » est généralement réalisée par un moteur ou un vérin (parfois une pompe), tandis que la fonction « Distribuer / Moduler » possède un lien de commande avec la chaîne d’information.
2. Caractérisation de l’énergie au niveau des différents liens de puissance de la chaîne :
La nature de l’énergie disponible à son entrée et celle de l’énergie utile à sa sortie sont généralement connues, tandis que la nature de l’énergie est modifiée au niveau de la fonction « Convertir ».
1 : Énergie électrique (continue)
2 : Énergie électrique (continue) distribuée
3 : Énergie mécanique (rotation)
4 : Énergie mécanique (rotation) adaptée
5 : Énergie mécanique (translation)
6 : Énergie mécanique (translation)
3. Détermination de la puissance à fournir au système en vue de réaliser l’exigence :
Rendement d’un composant : $\rm \displaystyle \eta = \frac{P_{sortie}}{P_{entrée}}$.
Le rendement d’une chaîne de composants en série est égal au produit de leurs rendements. Pour la chaîne de puissance du pilote étudié : $\rm \displaystyle \eta_{global} = \eta_{carte} . \eta_{mot} . \eta_{red} . \eta_{vis} . \eta_{tige} $
Afin de respecter le cahier des charges du pilote, la tige doit fournir au safran un effort F = 200 N en se déplaçant à une vitesse v = 31 mm/s. La puissance fournie par la tige au safran (point n°6) vaut donc $\rm P_{6} = F . v$ $\rm (A.N : P = 6,2 ~W)$.
Les rendements des composants sont recensés dans le tableau ci-dessous :
| $\rm \eta_{carte}$ $= 0,98 $ |
$\rm \eta_{mot}$ : Variable |
$\rm \eta_{red}$ $= 0,95 $ |
$\rm \eta_{vis}$ $= 0,95 $ |
$\rm \eta_{tige}$ $= 0,88 $ |
Le rendement du moteur dépend de son point de fonctionnement ; dans la situation présente, nous considérerons qu’il prend la valeur $\rm \eta_{mot} = 0,59 $.
L’expression du rendement global de la chaîne de puissance fait apparaître les rendements de ces différents composants, la puissance utile en sortie $\rm P_6$, ainsi que la puissance absorbée en entrée (point n°1), notée $\rm P_1$ que nous souhaitons déterminer :
$\rm \displaystyle \eta_{global} = \frac{P_6}{P_1}= \eta_{carte} . \eta_{mot} . \eta_{red} . \eta_{vis} . \eta_{tige}$ $\Leftrightarrow\rm P_1 = \dfrac{P_6}{\eta_{carte} . \eta_{mot} . \eta_{red} . \eta_{vis} . \eta_{tige}} $
$\rm A.N : P_1 = \dfrac{6,2}{0,98 . 0,59 . 0,95 . 0,95 . 0,88}= 13,5 W $
La source d’énergie électrique devra donc fournir une puissance d’au moins 13,5 W pour permettre de barrer le voilier rapidement comme cela a été spécifié dans le cahier des charges.
