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Ils s’équipent : Quanser améliore ses drones grâce à MapleSim

Jean-François Preveraud
Ils s’équipent : Quanser améliore ses drones grâce à MapleSim

Une plate-forme de développement à toutes épreuves

© DR

Le fabriquant de plates-formes de développement de drones utilise MapleSim pour modéliser et simuler son produit. Il a pu ainsi tenir compte précisément des effets gyroscopiques de toutes les pièces en rotation, afin d’affiner l’architecture et le comportement de son système.
 

Afin d’aider les chercheurs à concevoir de nouveaux algorithmes pour la commande de drones dans les conditions les plus diverses, Quanser Inc. a développé QBall-X4, une plate-forme de recherche et d’expérimentation sur le contrôle et la conception des drones. Pour développer cette plate-forme, les ingénieurs de Quanser ont utilisé MapleSim, le logiciel de modélisation et de simulation de Maplesoft.

QBall-X4 est un concept d’hélicoptère quadri-rotor, à quatre moteurs électriques et variateurs de vitesse pourvus d’hélices de 10 pouces. L’ensemble du mécanisme est enfermé dans une cage protectrice en fibre de carbone. QBall-X4 est actuellement l’un des principaux produits de Quanser. Il est utilisé en recherche aussi bien universitaire qu’industrielle.
 

                          


La première étape du processus de développement a consisté à créer des modèles 3D dynamiques extrêmement fidèles du système et de ses caractéristiques de vol. Les résultats et les enseignements acquis grâce à l’utilisation de MapleSim furent ensuite transférés à la chaîne d’outils pour parachever le développement.

MapleSim a donné aux ingénieurs de Quanser deux atouts non négligeables par rapport aux outils traditionnels. L’avantage le plus important fourni par MapleSim fut sa capacité à capturer pleinement la dynamique des effets gyroscopiques stabilisateurs, issus des pièces en rotation du QBall.

Tenir compte des effets gyroscopiques

Les effets gyroscopiques sont extrêmement difficiles, voire impossibles, à traiter, car le développement à la main de modèles suffisamment fidèles est tout simplement trop difficile et trop long. En général, les concepteurs ont recours pour leurs modèles à différents compromis ou simplifications. En fin de compte, cette procédure réduit la précision et l’efficacité du processus de simulation. Comme MapleSim crée automatiquement les équations systèmes directement à partir du diagramme de modèle, les ingénieurs de Quanser ont développé sans gros efforts et en un minimum de temps un modèle extrêmement fidèle tenant compte des effets gyroscopiques.

« J’ai été très impressionné par la rapidité avec laquelle nous avons pu configurer un modèle extrêmement fidèle grâce à MapleSim », explique Derry Crymble, ingénieur responsable du projet QBall-X4.

En second lieu, vu la facilité avec laquelle il est possible d’apporter des modifications de conception dans l’environnement de modélisation physique MapleSim, l’équipe de Quanser a pu tester différentes conceptions de rotor et choisir celle qui donnait les meilleurs résultats. MapleSim lui a permis, en toute efficacité, de considérer puis d’écarter différentes configurations de drone, de types mono-rotor ou à hélices contrarotatives axiales, avant d’arrêter une conception de quadricoptère.

« MapleSim nous a ouvert les yeux, confie pour sa part le Dr Jacob Apkarian, fondateur et directeur technique de Quanser. Il nous a apporté un éclairage que nous n’aurions jamais eu autrement. Nous avons découvert des comportements du système que nous n’avions pas pris en compte avant de lancer les simulations MapleSim. Nous avons beaucoup appris sur le système grâce à MapleSim ».

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.quanser.com/english/html/UVS_Lab/fs_Qball_X4.htm  & http://www.maplesoft.com
 

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