Modélisation et commande de systèmes linéaires de micro-positionnement : application à la production de micro-composants électroniques

par Ioana Corina Bogdan

Thèse de doctorat en Automatique

Sous la direction de Gabriel Abba.

Le président du jury était Philippe Lutz.

Le jury était composé de Mohamed Boutayeb, Maxime Gautier, Eric Ostertag, Laurent Pierre.


  • Résumé

    Dans le cadre du développement d’une machine de micro-bobinage caractérisée par une haute précision de micro-positionnement, nous avons élaboré une méthodologie phénoménologique pour l’identification du modèle d’un axe linéaire soumis à des frottements au niveau de l’entraînement et du guidage. Deux guidages linéaires l’un avec transmission par vis à billes pré-contraint et l’autre par transmission vis-écrou compliant à rattrapage du jeu ont été étudiés. Le moteur est asservi en position par un micro-contrôleur qui effectue également l’acquisition des données entrée-sortie. L’étude a permis la modélisation du système mécanique, la modélisation des frottements et l’identification des paramètres mécaniques. La modélisation mathématique a conduit à un système d’équations complexes, ayant des nombreux paramètres à identifier. Une hypothèse de simplification a conduit à réduire le modèle du système à une équation du 4eme ordre correspond à une inertie couplée à une masse par une raideur longitudinale et soumis à des force et couples de frottement non-linéaire. La méthode des moindres carrés a permis de fournir une base d’informations pour l’initialisation de l’identification paramètrique du système. Pour étudier la précision du modèle, les frottements du système mécanique doivent être correctement modélisés et identifiés. Différents modèles de frottements dynamiques pour le mouvement de translation et un modèle statique pour la rotation du moteur ont été simulés. Un nouveau modèle de frottement a été proposé, qui permet d’introduire l’effet de hystérésis dépendant de l’accélération en tenant compte de l’effet Stribeck et du phénomène de stick-slip. L’identification paramétrique est ensuite réalisée par une méthode d’identification en boucle fermée. Les résultats expérimentaux montrent que le modèle Proposé demande moins des calculs et offre une précision légèrement meilleure en comparaison avec les autres modèles de frottement. Ce travail a permis de valider une démarche d’élaboration de modèles de systèmes mécaniques, incluant une modélisation fine des phénomènes de frottement

  • Titre traduit

    Modeling and control of the micro-positioning linear systems : application for the microelectronic components manufacturing


  • Résumé

    Within the development context of a winding machine having a high precision of micropositioning, we have elaborated a phenomenological methodology for the identification of a linear axis subjected to frictions at driving and guideway level. Two linear guideways were studied, the first one with ball-screw transmission, and the second one with compliant nut-screw. The brushless motor is controlled by a position micro-controller which realize the input/output data acquisition. The study allowed the mechanical system modeling, the friction modeling and the parameter identification. The mathematical modeling is conducted for a complex equations system, having a large number of parameters to be identified. A simplification hypothesis is conducted to reduce the model system to a 4th order equation corresponding to an inertia coupled with a mass by a longitudinal stiffness and subjected to non-linear friction forces and torques. The least square method allowed to provide information data about the initialization of the parameters identification of the system. In order tostudy the model precision, the mechanical system friction should be correctly modeled and identified. There were simulated different dynamic friction models for the translation displacement and one static friction model for the motor rotation. In addition to this, a new friction model was proposed in order to introduce the hysteresis effect depending on the acceleration, taking into account the Stribeck effect and the stick-slip phenomenon. A closed loop identification method is used to identify parameters. The obtained experimental results show that the proposed model requires less computational time and provides more precision in comparison with other friction models. This work allowed to validate an approach in the development of mechanical system models, including a fine modeling of friction phenomena.


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