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Mémoire en vue de l’obtention du Diplôme de Master Parcours à Visée de Recherch

Mémoire en vue de l’obtention du Diplôme de Master Parcours à Visée de Recherche : SYSTEMES ET DISPOSITIFS ELECTRONIQUES Présenté par : ANJARANIAINA Robinson Joëla N° d’ordre : 001/EN/MVR/SDE/2014 Soutenu le : 04 juin 2016 Année universitaire : 2013 – 2014 UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ******************** ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE ******************** MENTION : ELECTRONIQUE ******************** CONTRIBUTION DE LA COMMANDE FLOUE A LA SECURITE ROUTIERE Contribution de la commande floue à la sécurité routière Mémoire en vue de l’obtention du Diplôme de Master Mention : ELECTRONIQUE Parcours à Visée de Recherche : SYSTEMES ET DISPOSITIFS ELECTRONIQUES Présenté par : ANJARANIAINA Robinson Joëla Devant le jury composé de: - Monsieur RASTEFANO Elisée, Président - Madame RABEHERIMANANA Lyliane Irène, Examinateur - Monsieur HERINANTENAINA Edmond Fils, Examinateur - Monsieur RANDRIAMAROSON Rivo Mahandrisoa, Examinateur Rapporteur : Monsieur RATSIMBA Mamy Nirina N° d’ordre : 001/EN/MVR/SDE/2014 Soutenu le : 04 juin 2016 Année universitaire : 2013 – 2014 i DEDICACE Je dédie ce mémoire à : Ma chère grand-mère : RAVAONIAINA Aimée qui m’a toujours encouragé à aller de l’avant. Mes chers parents : ROBINORO Tahianjanahary et RAZAFINDRAVAO Patricia Lili pour leurs amours inestimables. Leurs prières m’ont été d’un grand secours pour mener à bien mes études. Aucune dédicace ne saurait être assez éloquente pour exprimer ce qu’ils méritent pour tous les sacrifices qu’ils n’ont cessé de me donner depuis ma naissance. Mon frère et ma sœur : ANDRIANORO Mialinirina Daniela et ANDRIATAHIANA Lili Nambinintsoa pour leur soutien. Je leur souhaite un avenir plein de joie et de bonheur. A mes amis : RANDRIANARIVELO Eddy Mickael et ANDRIANAIVOMANANA Rinasoa qui m’ont toujours soutenu. Ils ont été toujours présents pour moi. Que ce travail soit un témoignage de ma gratitude et mon profond respect. ii REMERCIEMENTS Pour commencer cet ouvrage, je remercie DIEU qui m’a comblé de sa grâce pendant toutes mes études et surtout pendant l’élaboration de ce présent mémoire. J’adresse ma profonde gratitude à Madame RABEHERIMANANA Lyliane Irène, d’avoir accepté ma candidature et aussi d’examiner ce travail.. Je remercie vivement Monsieur RATSIMBA Mamy Nirina, Chef de Département Electronique, pour avoir assuré la direction de mes travaux et pour la qualité de son encadrement. Il m’a guidé tout au long de l’élaboration de ce travail et a su toujours m’apporter son expérience. Je remercie chaleureusement aussi Monsieur RASTEFANO Elisée pour l’honneur qu’il m’accorde en présidant le jury de soutenance. Je suis particulièrement sensible à l’honneur que me font Monsieur HERINANTENAINA Edmond Fils et Monsieur RANDRIAMAROSON Rivo Mahandrisoa en acceptant d’être membres du jury de ce mémoire Je remercie également tous les personnels administratifs et enseignants de l’école et surtout ceux du parcours Systèmes et Dispositifs Électroniques qui ont contribué à ma formation. . Joëla iii RESUME Le but de ce travail est la commande d’un frein ABS (Antilock-Braking System) avec un contrôleur flou. Ce type de contrôleur est basé sur ce qu’on appelle « logique floue ». Donc pour comprendre le fonctionnement d’un contrôleur flou, il faut que nous étudiions cette logique. C’est une extension de la logique classique ou logique booléenne. Cette dernière ne permet à une proposition que deux valeurs : vraie ou fausse. La logique floue, quant à elle, permet à une assertion d’être plus ou moins vraie, donc plus ou moins fausse aussi en lui attribuant un certain degré d’appartenance. Cette logique est très pratique dans la vie courante. Les voitures sont les moyens de transport les plus utilisés et les chercheurs visent toujours à trouver des moyens pour rendre la conduite plus sécurisée et plus confortable. L’ABS est parmi leur résultat. Ce n’est pas une découverte très récente, mais par le fait qu’il a pu sauver plus d’une vie et diminuer les risques d’accident, il mérite d’être étudié. Le rôle d’un ABS est d’éviter le blocage des roues dans le cas d’un freinage brusque et intensif, en contrôlant indépendamment le taux de glissement ou le coefficient d’adhérence de chaque roue. Son principe de fonctionnement ainsi que son modélisation sont présentés dans cet ouvrage. La majorité des systèmes réels sont non linéaires, et c’est aussi le cas d’un ABS. C’est un système hautement non linéaire. Pour la simulation, le logiciel très connu MATrix LABoratory (MATLAB)/SIMULINK est utilisé. Ce logiciel est très pratique pour traiter les problèmes dans le domaine de l’Automatique. Le correcteur classique PID ne peut pas donner un résultat satisfaisant pour la régulation de notre système par rapport au régulateur flou. Cette performance est très remarquable sur le dépassement du signal de sortie obtenu. iv ABSTRACT The purpose of this book is about the correction of an ABS (Antilock-Braking System) with a fuzzy controller. This kind of controller is based on fuzzy logic. So, to understand how the controller works, we need knowledge about this logic. It is an extension of Boolean logic. This one allows one proposition either true or false. But for fuzzy logic, one assertion can be more or less true, so more or less false at the same time, by assigning to it a membership degree. This logic is really useful in our daily life Cars are useful as means of conveyance, and many studies are orientated to give security to the driving and to make it more comfortable. ABS is among them. Certainly, it is not a recent innovation, but it is able to save more than one life and to decrease risks of accident ; so it is worth thinking over. The main function of an ABS is to avoid wheel drifting in case of sudden and intensive braking by controling slip rate or adhesion ratio of each wheel. Most of real systems are not linear, and ABS is particularly highly non linear. For the simulation, the well-known software MATrix LABoratory (MATLAB)/SIMULINK is used. It is very practical in Automatic domain. In comparison to a classic corrector PID, the fuzzy corrector give better result, especially on the system overrun v TABLE DES MATIERES DEDICACE ...................................................................................................................................... i REMERCIEMENTS ....................................................................................................................... ii RESUME ........................................................................................................................................ iii ABSTRACT ................................................................................................................................... iv TABLE DES MATIERES .............................................................................................................. v LISTE DES ABREVIATIONS .................................................................................................... viii LISTE DES SYMBOLES ............................................................................................................... x LISTE DES FIGURES ................................................................................................................. xiv LISTE DES TABLEAUX .......................................................................................................... xviii INTRODUCTION GENERALE ..................................................................................................... 1 CHAPITRE I THEORIE DE LA LOGIQUE FLOUE .............................................................. 3 I.1 Historique ........................................................................................................................ 3 I.2 Logique classique et logique floue .................................................................................. 3 I.2.1 Exemple 1 .................................................................................................................... 3 I.2.2 Exemple 2 .................................................................................................................... 3 I.2.3 Définition .................................................................................................................... 4 I.3 Fuzzification .................................................................................................................... 4 I.3.1 Définition .................................................................................................................... 4 I.3.2 Fonction d’appartenance ............................................................................................. 5 I.3.3 Etapes de fuzzification ................................................................................................ 8 I.3.4 Types de fuzzification ............................................................................................... 10 I.4 Relation floue ................................................................................................................ 11 I.4.1 Définition .................................................................................................................. 11 I.4.2 Opérations sur les ensembles flous ........................................................................... 11 I.4.3 Opérations sur les relations floues ............................................................................ 14 I.5 Raisonnement flou ......................................................................................................... 14 I.5.1 Variables linguistiques .............................................................................................. 14 I.5.2 Implications floues .................................................................................................... 15 I.5.3 Exemple ..................................................................................................................... 16 vi I.5.4 Inférence floue ........................................................................................................... 17 I.6 Défuzzification .............................................................................................................. 22 I.6.1 Méthode du barycentre ou du centre de gravité (MCG) ........................................... 22 I.6.2 Méthode de la moyenne des maximas (MMM) ........................................................ 23 I.6.3 Méthode de la somme pondérée ................................................................................ 24 I.7 Conclusion ..................................................................................................................... 24 CHAPITRE II CHAMP D’APPLICATION ......................................................................... 26 II.1 Commande automatique floue ...................................................................................... 26 II.1.1. Introduction ........................................................................................................... 26 II.1.2. Commande de la température d’eau dans une cuve .............................................. 26 II.2 Classification et reconnaissance de forme .................................................................... 33 II.2.1. Présentation ........................................................................................................... 33 II.2.2. Guidage ................................................................................................................. 33 II.2.3. Lois de navigation ................................................................................................. 33 II.2.4. Reconnaissance de cible ........................................................................................ 34 II.3 Aide à la décision ......................................................................................................... 38 II.3.1. Introduction ........................................................................................................... 38 II.3.2. Présentation ........................................................................................................... 38 II.3.3. Aide à la décision pour anesthésistes par logique floue ........................................ 39 II.4 Robotique ...................................................................................................................... 44 II.4.1. Introduction ........................................................................................................... 44 II.4.2. Modélisation .......................................................................................................... 44 II.4.3. Navigation ............................................................................................................. 45 II.4.4. Conception du comportement flou ........................................................................ 47 II.4.5. Résultats ................................................................................................................ 51 II.5 Conclusion ..................................................................................................................... 52 CHAPITRE III ANTILOCK-BRAKING SYSTEM (ABS) ................................................... 54 III.1 Historique ...................................................................................................................... 54 III.2 Généralités ..................................................................................................................... 55 III.2.1. Limites des systèmes de freinage pneumatique standard ...................................... 55 vii III.2.2. Définition .............................................................................................................. 55 III.2.3. Problématique ........................................................................................................ 56 III.2.4. Taux de glissement ................................................................................................ 56 III.3 Constitution d’un frein ABS d’une voiture ................................................................... 57 III.3.1 Calculateur ............................................................................................................ 58 III.3.2 L’ensemble modulateur ......................................................................................... 59 III.3.3 Capteur de vitesse .................................................................................................. 60 III.3.4 Voyant ABS .......................................................................................................... 61 III.4 Principe de fonctionnement ........................................................................................... 61 III.4.1 Autotest ................................................................................................................. 61 III.4.2 Fonctionnement interne de l’électrovanne ............................................................ 62 III.4.3 Les étapes d’un freinage en mode antiblocage ...................................................... 64 III.5 Modélisation .................................................................................................................. 67 III.5.1 Modèle dynamique de la voiture ........................................................................... 68 III.5.2 Modèle mathématique de la roue .......................................................................... 69 III.6 Conclusion ..................................................................................................................... 73 CHAPITRE IV COMMANDE FLOUE D’UN ABS ............................................................. 74 IV.1 Structure du modèle sous Simulink .............................................................................. 74 IV.2 Simulation en boucle ouverte (BO) ............................................................................... 75 IV.2.1 Résultat de la simulation ....................................................................................... 75 IV.2.2 Interprétations ........................................................................................................ 76 IV.3 Simulation en boucle fermée ......................................................................................... 76 IV.4 Simulation avec un correcteur PID ............................................................................... 78 IV.5 Simulation avec un correcteur flou ............................................................................... 79 IV.6 Conclusion ..................................................................................................................... 83 CONCLUSION GENERALE ....................................................................................................... 84 ANNEXE I : Opérateurs entre les ensembles flous ...................................................................... 86 ANNEXE II : CORRECTEUR PID ............................................................................................. 87 REFERENCES .............................................................................................................................. 89 viii LISTE DES ABREVIATIONS ABS: Antilock Braking System AO: Anesthesia Output BF: Boucle Fermée Bite: Built In uploads/Geographie/ anjaraniainarobinsonj-espa-mast-14.pdf