Delivering complex target tracking with the help of Maplesoft Engineering Solutions - User Case Studies - Maplesoft


User Case Study: Poursuite de cibles complexes à l'aide des Solutions d'ingénierie Maplesoft

Blue Joule Corporation est une société de conseil spécialisée dans la conception, l'analyse, le développement et la mise en œuvre de systèmes de commande de haute précision. Dans le cadre d'une collaboration avec un client au développement d'un contrôleur de servocommandes pour le bâti d'un radar de poursuite, Blue Joule s'est tourné vers les Solutions d'ingénierie Maplesoft en soutien au développement du contrôleur.

Un bâti (ou support) est une plate-forme capable de tourner autour d'un axe. En associant deux bâtis, un objet sur la plate-forme peut être orienté dans n'importe quelle direction. Cette fonction s'avère utile si l'on veut que l'objet sur le bâti soit dirigé en permanence sur une cible mouvante. Par exemple, le radar de poursuite d'un avion est monté sur un mécanisme-support grâce auquel il maintient un verrouillage fixe sur une position au sol en cas de changement d'altitude, de direction et d'orientation de l'avion. Un radar de poursuite utilise une antenne montée sur support avec les contrôleurs et les servocommandes pour accrocher une cible spécifique et maintenir le verrouillage à mesure du déplacement de la cible. La servocommande compare la position demandée par le contrôleur à la position effective mesurée et pivote afin de corriger l'angle de sortie en conséquence. En cas de modification des valeurs d'angles mesurées ou souhaités, le moteur pivote pour compenser.

Un radar de poursuite bien conçu et bien réglé pivote rapidement selon les angles souhaités et suit la cible tout au long de son déplacement. D'un autre côté, un contrôleur mal conçu et mal réglé « court après » la cible (oscillations erratiques et incapacité de se verrouiller correctement) sans pouvoir en suivre les déplacements (décalages par rapport à la position de la cible). L'enjeu, pour Blue Joule, était de créer un contrôleur susceptible de déterminer l'angle correct de chaque moteur afin de maintenir le verrouillage sur la cible, en allant suffisamment vite pour suivre le rythme de la cible mouvante. La détermination des angles à l'aide d'outils de modélisation traditionnels est une opération lente nécessitant plusieurs itérations car le processus repose en général sur des techniques de calcul numériques. Cette approche est par ailleurs coûteuse en calculs et bien souvent insuffisamment rapide pour être effectuée en temps réel et poursuivre un cible constamment mouvante. Le recours à une approche symbolique accélère d'autant le processus et présente la capacité de traiter le problème en tant que cinématique inverse, terme décrivant les problèmes où la position finale souhaitée est connue et où il s'agit de déterminer les angles nécessaires au mécanisme afin d'effectuer le mouvement adéquat. Les experts en Solutions d'ingénierie Maplesoft ont par conséquent trouvé une solution analytique symbolique à ce problème grâce à MapleSim et Maple.

L'approche symbolique de notre problème, à l'aide de MapleSim et Maple, nous a permis d'offrir à nos clients une solution plus précise et plus performante qu'avec d'autres méthodes. Avec l'aide de l'équipe des Solutions d'ingénierie de Maplesoft, nous avons pu obtenir très rapidement des résultats d'excellence qualité.

— Neal Romine, Blue Joule Corporation

L'équipe a fait appel à MapleSim, l'outil de modélisation et de simulation avancé de Maplesoft élaboré sur le moteur de calcul symbolique de Maple, pour créer un modèle de l'avion, du mécanisme-support et de la cible. Les outils d'analyse multicorps de MapleSim peuvent servir à générer les équations dynamiques et cinématiques du mouvement. Ces équations de contraintes, une fois réintégrées dans le modèle, peuvent être utilisées pour calculer rapidement les angles d'azimut et d'élévations voulus pendant la simulation. Ces données sont les valeurs de consigne des servomoteurs sur le bâti. Une fois les essais terminés, le code pour calculer ces valeurs peut être généré automatiquement d'après la formule, de façon à l'exécuter en temps réel sur le contrôleur lui-même. Il est par conséquent possible de développer un contrôleur maintenant la position adéquate du bâti du radar de poursuite.

« L'approche symbolique de notre problème, à l'aide de MapleSim et Maple, nous a permis d'offrir à nos clients une solution plus précise et plus performante qu'avec d'autres méthodes », explique Neal Romine de Blue Joule Corporation. « Avec l'aide de l'équipe des Solutions d'ingénierie de Maplesoft, nous avons pu obtenir très rapidement des résultats d'excellence qualité ».

Products

Industry/Application Area

Highlights

  • Blue Joule turned to Maplesoft Engineering Solutions for assistance in developing a controller for servo-actuators on a target-tracking radar gimbal
  • The challenge was to create a controller that could determine the angle each motor should be in order to maintain a lock on the target that is fast enough to keep up as the target moves
  • The symbolic approach using Maple and MapleSim delivered a more accurate, better performing solution when compared to other methods